- 化学能与电能
- 共5875题
“阿波罗号飞船”所用的氢氧燃料电池的电极应为：负极：2H2+4OH--4e-=4H2O则正极反应为______，该电池工作时，通氢气的一极发生______反应 （填氧化、还原），每转移4摩电子，电池内增加______摩水，负极附近溶液的pH值______，（填升高、降低、不变），正极附近[H+]______（填升高、降低、不变）
正确答案
通入氢气的一极为负极，发生氧化反应，负极反应为2H2-4e-+4OH-=2H2O，可判断溶液呈碱性，负极消耗OH-离子，浓度降低，则pH降低；
碱性溶液中正极发生还原反应，电极反应为O2-4e-+2H2O=4OH-，正极生成OH-离子，OH-离子浓度增大，则H+离子浓度降低；
氢氧燃料电池的实质是在一定条件下形成了原电池，其实质仍然是O2把H2氧化，电池总反应为2H2+O2=2H2O，
每转移4mol电子，消耗1molO2，生成2molH2O．
故答案为：O2-4e-+2H2O=4OH-；氧化；2mol；降低；降低．
图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置．请回答下列问题：
（1）当电极a为Al、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为：______．
（2）当电极a为Al、电极b为Mg、电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该装置______（填“能”或“不能”）形成原电池，若不能，请说明理由，若能，请指出正、负极______．
（3）燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的化学能直接转化为电能．现设计一燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，氢气为燃料，采用碱性溶液为电解液；则氢气应通入______极（填a或b，下同），电子从______极流出．a极发生电极反应式为：______．
正确答案
（1）Al、Cu、稀硫酸构成的原电池，金属铝做负极，金属铜为正极，正极发生还原反应，电极反应为：2H++2e-=H2↑，故答案为：2H++2e-=H2↑；
（2）Al、Mg、氢氧化钠溶液能之间．金属铝和氢氧化钠可以发生氧化还原反应，能设计成原电池，失电子的是金属铝，为负极，金属镁为正极，
故答案为：能；镁为正极，铝为负极；
（3）氢氧燃料电池中，燃料氢气需通在负极，正极是氧气得电子，电子从负极流向正极，故答案为：b；b；O2+2H2O+4e-=4OH-．
肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性液体，其燃烧热较大且燃烧产物对环境无污染，故可以用作火箭燃料．
（1）已知：N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+67.7kJ/mol
2N2H4（g）+2NO2（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-1135.7kJ/mol
则32g肼完全燃烧得到气态产物时放出热量______kJ．
（2）肼--空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%-30%的KOH溶液．该电池放电时，正极的电极反应式是______，电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将______（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（3）如图是一个电化学装置示意图．用肼--空气燃料电池做此装置的电源．
①如果A为含有锌、银、金三种杂质的粗铜，B为纯铜，C为CuSO4．该装置的实际意义是______．
②如果A是铂电极，B是石墨电极，C是AgNO3溶液，电解的离子方程式为______，若______ 极（填A或B）增重10.8g，该燃料电池理论上消耗______molN2H4．
正确答案
（1）已知①N2（g）+2O2（g）=2NO2（g）△H=+67.7kJ/mol，
②2N2H4（g）+2NO2（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-1135.7kJ/mol，
利用盖斯定律将
n（N2H4）=
则32g肼完全燃烧得到气态产物时放出热量为1mol×534kJ/mol=534kJ，
故答案为：534；
（2）肼--空气燃料电池是一种碱性燃料电池工作时，正极发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，负极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，电池总反应式为N2H4+O2=N2+2H2O，由总反应式可知，反应生成水，OH-浓度减小，则pH减小，
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；减小；
（3）①如果A为含有锌、银、金三种杂质的粗铜，B为纯铜，C为CuSO4，则电解池工作时，阴极生成铜，阳极消耗粗铜，应为铜的精炼装置，
故答案为：精炼粗铜；
②如果A是铂电极，B是石墨电极，C是AgNO3溶液，在阴极上析出Ag，电极反应式为Ag++e-=Ag，
阳极上OH-被氧化生成O2，电极反应式为4OH-=O2+2H2O+4e-，总反应式为4AgNO3+2H2O
n（Ag）=
故答案为：4AgNO3+2H2O
如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：
①N电极的材料是______，乙池N极的电极反应式是______．M极的电极反应式是______．
②在此过程中，乙池中某一电极析出金属银10.8g时，甲池中理论上消耗氧气为______L（标况下）．
正确答案
①酸性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，乙池为电解池，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，N连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，N为阳极，电极反应式是4OH--4e-=O2↑+2H2O，M为阴极，电极反应式为Ag++e-=Ag，
故答案为：石墨；4OH--4e-=O2↑+2H2O；Ag++e-=Ag；
②n（Ag）=
甲池中通入氧气的一极为正极，反应式为2O2+8H++8e-=4H2O，则消耗n（O2）=
V（O2）=0.025mol×22.4L/mol=0.56L，
故答案为：5.6．
二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料．工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：
某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si（16.27%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物．部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表．
回答下列问题：
（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为______．
（2）滤渣B的主要成分是______．
（3）加入MnS的目的是除去______杂质．
（4）碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应方程式为______．
正确答案
（1）根据FeSO4在反应条件下将MnO2还原为MnSO4，Fe2+被氧化为Fe3+，故酸浸时生成硫酸锰、硫酸铁，根据元素守恒还有水生成，反应方程式为2FeSO4+MnO2+2H2SO4=MnSO4+Fe2（SO4）3+2H2O．
故答案为：2FeSO4+MnO2+2H2SO4=MnSO4+Fe2（SO4）3+2H2O．
（2）酸浸后的过滤液中含有Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+，加氨水调pH至5.4，结合题中阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH可知，Fe3+、Al3+完全转化为Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀，其它离子不沉淀，故滤渣B的主要成分为
Fe（OH）3和Al（OH）3．
故答案为：Fe（OH）3和Al（OH）3．
（3）根据题中硫化物的Ksp可知，加入MnS是为了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu2+、Zn2+．
故答案为：Cu2+、Zn2+．
（4）碱性锌锰干电池中Zn作负极，则MnO2作正极得电子，其电极反应式应为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-．
故答案为：MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-．
第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮．汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态．
（1）混合动力车的内燃机以汽油为燃料，汽油（以辛烷C8H18计）和氧气充分反应，生成lmol水蒸气放热569.1kJ．则该反应的热化学方程式为 ．
（2）混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属（以M表示）为负极，碱液（主要为KOH）为电解质溶液．镍氢电池充放电原理示意如图1，其总反应式为：H2+2NiOOH 
（3）Cu2O是一种半导体材料，可通过图2的电解装置制取，电解总反应为：2Cu+H2O
（4）远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的 腐蚀．为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的 极（填“正”或“负”）相连．
正确答案
（正常进度）
（1）写出以30% KOH溶液为电解质溶液，甲烷燃料电池的负极电极反应式______．
（2）在标准状况下，甲烷和氧气的混合气体224mL，充分燃烧后，将生成的气体通入100mL0.02mol/L的石灰水，得到0.1g白色沉淀．求混合气体中甲烷和氧气的体积比．
正确答案
（1）甲烷燃料电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，
故答案为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；
（2）混合气体的物质的量=
涉及的化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O、CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O、CaCO3+CO2+H2O═Ca（HCO3）2 ，
根据方程式知，白色沉淀是碳酸钙，碳酸钙的物质的量=
氢氧化钙的物质的量=0.02mol/L×0.1L=0.002mol，
当生成的CO2刚好为0.001mol时，根据碳原子守恒知，n（CaCO3）=n（CH4）=0.001mol，则氧气的物质的量是0.009mol，则甲烷与氧气的体积比为1：9；
当生成的CO2过量时，n（CaCO3）=0.001mol，根据钙原子守恒知，n（Ca（HCO3）2 ）=0.001mol，
根据碳原子守恒得，n（CH4）=n（CO2）=0.001mol+0.002mol=0.003mol，则氧气的物质的量=0.007mol，所以甲烷与氧气的体积比为3：7，
故答案为：1：9或3：7．
氢气是未来最理想的能源，科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛（TiO2）表面作用使海水分解得到氢气的新技术2H2O 
（1）分解海水时，二氧化钛的作用是______；生成的氢气用于燃料电池时，______能转变为______能；分解海水的反应属于______反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应为：
A极：H2+O2--2e-=H2O，B极：O2+4e-=2O2-．
则A极是电池的______极，电子从该极______（填“流入”或“流出”）．
正确答案
（1）水难以分解，在二氧化钛（TiO2）表面作用使海水分解得到氢气，并用激光提供能量，则说明二氧化钛起到催化剂的作用，该反应吸热，燃料电池是将化学能转变为电能的装置，故答案为：催化剂；化学；电；吸热；
（2）氢气具有还原性，在负极上被氧化而失去电子，电子从负极经外电路流向正极，故答案为：负；流出．
有一种MCFC型燃料电池，该电池所用原料为H2和空气，电解质为熔融的K2C03．电池总反应为：2H2+02=2H20，负极反应为H2+C032--2e-=H20+CO2．下列说法中正确的是（ ）
正确答案
A、该燃料电池燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3总反应为2H2+O2=2H2O，负极反应为2H2+2CO32--4e-═2H2O+2CO2，用总反应减负极得正极反应式：O2+2CO2+4e-═2CO32-，故A错误；
B、电池放电时，电池总反应为：2H2+02=2H20，池中CO32-的物质的量将不变，故B错误；
C、电池放电时，根据原电池的工作原理，阴离子移向负极，即C032-向负极移动，故C正确；
D、电子从负极流向正极，且只能经过导线，不会经过电解质，故D错误．
故选C．
为体现绿色世博、低碳世博、科技世博，上海世博会已经开始使用中国自己生产的燃料电池汽车，该车以氢气和空气中的氧气为燃料，KOH为电解质溶液，真正实现了“零排放”．该电池的负极反应式为______，从能量角度分析氢气用作燃料电池与直接燃烧相比主要优点是______．
正确答案
碱性氢氧燃料电池的负极为通入氢气的一极，发生氧化反应，电极反应为H2-2e-+2OH-=2H2O，原电池具有能量利用率高的特点，而燃烧时化学能转变为热能和光能．
故答案为：H2-2e-+2OH-=2H2O；燃料电池的能量转换效率高．
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