- 原电池及其构成条件
- 共4254题
铁及其化合物在国民经济的发展中起着重要作用.
(1)铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀.某同学将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图1所示.液滴边缘是--区(填“正极”或“负极”),其电极反应式为______.
(2)铁钛合金是一种常用的不锈钢材料,某同学在探究该合金的性质时,往含有TiO2+、Fe3+溶液中加入铁屑至溶液显紫色,该过程中发生的反应有;
①2TiO2+(无色)+Fe+4H+═2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O
②Ti3+(紫色)+Fe3++H2O═TiO2+(无色)+Fe2++2H+
③______.
(3)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种优良的水处理剂.
①FeO42-在水溶液中的存在形态如图2所示,纵坐标表示各存在形态的分数分布.下列说法不正确的是______(填字母序号).
A.不论溶液酸碱性如何变化,铁元素都有4种存在形态
B.向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2,HFeO4-的分布分数逐渐增大
C.向pH=6的这种溶液中加KOH溶液,发生反应的离子方程式为:HFeO4-+OH-═FeO42-+H2O
②从环境保护的角度看,制备高铁酸盐的较好方法为电解法.用铁片作阳极,NaOH溶液为电解质溶液,电解制备高铁酸钠,其电流效率可达到40%.写出阳极的电极反应式______
______.铁丝网电极是更理想的阳极材料,相同条件下,可将电流效率提高至70%以上,原因是______.
若维持电流强度为5.0A,电解20min,理论上可生成Na2FeO4______g.(己知:F=96500C/mol,答案保留两位有效数字)
正确答案
解:(1)铁在中性条件下发生吸氧腐蚀,铁作负极,碳作正极,负极上铁失电子发生氧化反应,正极上氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子,氢氧根离子和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁不稳定被氧化生成氢氧化铁,所以边缘是正极,正极上电极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:正极,O2+2H2O+4e-=4OH-;
(2)铁和铁离子发生氧化还原反应生成亚铁离子,离子反应方程式为:2Fe3++Fe=3 Fe2+,故答案为:2Fe3++Fe=3Fe2+;
(3)①A.根据图象知,不论溶液酸碱性如何变化,酸性条件下,高铁酸根离子不存在,故错误;
B.向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2,HFeO4-的分布分数先增大后减小,故错误;
C.向pH=6的这种溶液中加KOH溶液,发生反应的离子方程式为:HFeO4-+OH-═FeO42-+H2O,故正确;
故选AB;
②阳极铁失去电子,生成高铁酸盐,电极反应式为:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O;铁丝网接触面积增大,加快反应速率,所以电流效率提高至70%以上,维持电流强度为5.0A,电解20min,通过电量为Q=It=5.0A×20×60s=6000C,F=96500C/mol,电子物质的量==0.062mol,化学方程式计算可知电子转移6mol生成1molNa2FeO4,则电子转移0.062mol生成Na2FeO4物质的量也为
,质量=
×166g/mol≈1.7g,
理论上可生成Na2FeO4质量为1.7g,故答案为:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O;铁丝网的接触面积更大;1.7g.
解析
解:(1)铁在中性条件下发生吸氧腐蚀,铁作负极,碳作正极,负极上铁失电子发生氧化反应,正极上氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子,氢氧根离子和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁不稳定被氧化生成氢氧化铁,所以边缘是正极,正极上电极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:正极,O2+2H2O+4e-=4OH-;
(2)铁和铁离子发生氧化还原反应生成亚铁离子,离子反应方程式为:2Fe3++Fe=3 Fe2+,故答案为:2Fe3++Fe=3Fe2+;
(3)①A.根据图象知,不论溶液酸碱性如何变化,酸性条件下,高铁酸根离子不存在,故错误;
B.向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2,HFeO4-的分布分数先增大后减小,故错误;
C.向pH=6的这种溶液中加KOH溶液,发生反应的离子方程式为:HFeO4-+OH-═FeO42-+H2O,故正确;
故选AB;
②阳极铁失去电子,生成高铁酸盐,电极反应式为:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O;铁丝网接触面积增大,加快反应速率,所以电流效率提高至70%以上,维持电流强度为5.0A,电解20min,通过电量为Q=It=5.0A×20×60s=6000C,F=96500C/mol,电子物质的量==0.062mol,化学方程式计算可知电子转移6mol生成1molNa2FeO4,则电子转移0.062mol生成Na2FeO4物质的量也为
,质量=
×166g/mol≈1.7g,
理论上可生成Na2FeO4质量为1.7g,故答案为:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O;铁丝网的接触面积更大;1.7g.
由碳元素构成的各种单质和化合物始终都是科学家研究的重要对象.
(1)图1为碳及其氧化物的变化关系图,若①变化是置换反应则其化学方程式可为(写一个即可)______;写出实验室检验CO2气体的离子反应方程式:______
(2)汽车尾气中的一氧化碳是大气污染物,可通过反应:CO(g)+O2⇌CO(g)降低其浓度.某温度下,在两个容器中进行上述反应,容器中各物质的起始浓度及正逆反应速率关系如下表所示.请填写表中的空格.
(3)CCS 技术是将工业和有关能源产业中所生产的CO2进行捕捉与封存的技术,被认为是拯救地球、应对全球气候变化最重要的手段之一.其中一种以天燃气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图2所示(部分条件及物质未标出).回答下列问题:
CH4在催化剂作用下实现第一步,也叫CH4不完全燃烧,1gCH4不完全燃烧反应放出2.21kJ热量,写出该反应的热化学方程式______.
(4)甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上可用(3)转化中得到的合成气制备甲醇.反应为CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) 某温度下,在容积为2L的密闭容器中进行该反应,其相关数据见图3:
①根据图3计算,从反应开始到t min时,用H2浓度变化表示的平均反应速率v(H2)=______
②t min至2t min时速率变化的原因可能是______;
③3t min时对反应体系改变了一个条件,至4t min时CO的物质的量为0.5mol,
请画出图3中3tmin 到4t min内CO的物质的量随时间变化的曲线.
(5)某同学按图所示的装置用甲醇燃料电池(装置I)进行电解的相关操作,以测定铜的相对原子质量,其中c电极为铜棒,d电极为石墨,X溶液为500mL 0.4mol/L硫酸铜溶、液.当装置II中某电极上收集到标准状况下的气体V1mL时,另一电极增重mg(m<12.8).
①装置I中、H+向______极(填“a”或“b”)移动;b电极上发生的反应为______.
②铜的相对原子质量的表达式为______ (用m和V1的代数式表示).
正确答案
解:(1))碳和二氧化碳反应生成一氧化碳,方程式为:C+H2OH2+CO;碳与水蒸气和碳与二氧化碳反应是吸热反应,所以①③的变化过程是吸热反应,故答案为:C+H2O
H2+CO;①③;
(2)由Ⅰ可求K==104,
由Ⅱ可求Q==
×104<K,
故平衡右移,v(正)>v(逆),故答案为:>;
(3)根据流程图可知甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和氢气,1gCH4燃烧生成一氧化碳和氢气放热2.21kJ,16g甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量16×2.21kJ=35.36KJ,16g甲烷为1mol,则甲烷不完全燃烧的热化学方程式为:2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=-70.72 kJ•mol-1,
故答案为:2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=-70.72 kJ•mol-1;
(4)①根据v==
=
mol/(L•min),故答案为:
mol/(L•min);
②反应速率加快,而且在t的时刻,达平衡状态,可能是反应受热或使用了催化剂,故答案为:反应受热或使用了催化剂;
③平衡正向移动,是增加CO的量导致平衡正向移动,所以图象为:,故答案为:
;
(5)①由装置II中某电极上收集到标准状况下的气体V1mL时,另一电极增重mg可知,d极为阳极,而c极为阴极,所以与d极相连的a极为正极,原电池中阳离子向正极移动,b电极为负极是燃料发生氧化反应,反应方程式为:CH3OH-6eˉ+H2O=CO2+6H+,故答案为:a、CH3OH-6eˉ+H2O=CO2+6H+;
②整个过程中转移电子的物质的量为:,所以生成铜的物质的量为:
,所以铜的相对原子质量的表达式为
,故答案为:
.
解析
解:(1))碳和二氧化碳反应生成一氧化碳,方程式为:C+H2OH2+CO;碳与水蒸气和碳与二氧化碳反应是吸热反应,所以①③的变化过程是吸热反应,故答案为:C+H2O
H2+CO;①③;
(2)由Ⅰ可求K==104,
由Ⅱ可求Q==
×104<K,
故平衡右移,v(正)>v(逆),故答案为:>;
(3)根据流程图可知甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和氢气,1gCH4燃烧生成一氧化碳和氢气放热2.21kJ,16g甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量16×2.21kJ=35.36KJ,16g甲烷为1mol,则甲烷不完全燃烧的热化学方程式为:2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=-70.72 kJ•mol-1,
故答案为:2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=-70.72 kJ•mol-1;
(4)①根据v==
=
mol/(L•min),故答案为:
mol/(L•min);
②反应速率加快,而且在t的时刻,达平衡状态,可能是反应受热或使用了催化剂,故答案为:反应受热或使用了催化剂;
③平衡正向移动,是增加CO的量导致平衡正向移动,所以图象为:,故答案为:
;
(5)①由装置II中某电极上收集到标准状况下的气体V1mL时,另一电极增重mg可知,d极为阳极,而c极为阴极,所以与d极相连的a极为正极,原电池中阳离子向正极移动,b电极为负极是燃料发生氧化反应,反应方程式为:CH3OH-6eˉ+H2O=CO2+6H+,故答案为:a、CH3OH-6eˉ+H2O=CO2+6H+;
②整个过程中转移电子的物质的量为:,所以生成铜的物质的量为:
,所以铜的相对原子质量的表达式为
,故答案为:
.
新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4和O2,电解质为KOH溶液.某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氧化钠辖液电解实验,如图1所示.
回答下列问题:
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为______、______.
(2)闭合K开关后,a、b电极上均有气体产生.电解氯化钠溶液的总反应方程式为______;
(3)氯碱厂电解饱和食盐水制取烧碱,同时制盐酸的工艺流程如图2:
根据题意完成下列填空:
①粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质,精制时所用试剂为:A 盐酸;B BaCl2溶液;C NaOH溶液;D Na2CO3溶液.加入试剂的顺序是______.
②电解饱和食盐水时,与电源正极相连的电极上发生的反应为______.与电源负极线连的电极附近溶液pH______(变大、不变、变小).
③HCl合成反应中保持过量的气体是______;从HCl合成塔的观察口能观察到的现象是______.
④利用HCl合成时放出的热量来产生水蒸汽,用于NaOH溶液的蒸发,这样做的优点是______.
⑤检验NaOH产品中是否含有NaCl的实验方案是______.
正确答案
解:(1)燃料电池中,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,电极反应式为:2O2+4H2O+8e-=8OH-,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+10OH--8e-=CO32-+7H2O,
故答案为:2O2+4H2O+8e-=8OH-,CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
(2)电解饱和氯化钠溶液时,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电生成氢气,同时溶液中产生氢氧化钠,所以电池反应式为:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,
故答案为:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;
(3)①SO42-、Ca2+、Mg2+等分别与BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液反应生成沉淀,可再通过过滤除去,Na2CO3溶液能除去过量的BaCl2溶液,盐酸能除去过量的Na2CO3溶液和NaOH溶液,所以应先加BaCl2溶液再加氢氧化钠溶液,或者是先加氢氧化钠溶液再加氯化钡溶液,然后加Na2CO3溶液,最后加入盐酸,所以正确顺序为BCDA 或CBDA,
故答案为:BCDA 或CBDA;
②电解饱和食盐水时,与电源正极相连的电极上氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为:发生的反应为2Cl--2e→Cl2,阴极上氢离子得电子生成氢气,同时阴极附近生成氢氧根离子,溶液呈碱性,pH变大,
故答案为:2Cl--2e→Cl2,变大;
③HCl合成反应中保持过量的气体是氢气,氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰,故答案为:氢气;苍白色火焰;
④利用HCl合成时放出的热量来产生水蒸汽,用于NaOH溶液的蒸发,这样做的优点是充分利用能量,故答案为:充分利用能量;
⑤氯离子的检验方法是:加足量稀硝酸至呈酸性,然后滴加硝酸银溶液,若产生白色沉淀,则含有氯化钠,故答案为:加足量稀硝酸至呈酸性,然后滴加硝酸银溶液,若产生白色沉淀,则含有氯化钠.
解析
解:(1)燃料电池中,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,电极反应式为:2O2+4H2O+8e-=8OH-,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+10OH--8e-=CO32-+7H2O,
故答案为:2O2+4H2O+8e-=8OH-,CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
(2)电解饱和氯化钠溶液时,阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电生成氢气,同时溶液中产生氢氧化钠,所以电池反应式为:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,
故答案为:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;
(3)①SO42-、Ca2+、Mg2+等分别与BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液反应生成沉淀,可再通过过滤除去,Na2CO3溶液能除去过量的BaCl2溶液,盐酸能除去过量的Na2CO3溶液和NaOH溶液,所以应先加BaCl2溶液再加氢氧化钠溶液,或者是先加氢氧化钠溶液再加氯化钡溶液,然后加Na2CO3溶液,最后加入盐酸,所以正确顺序为BCDA 或CBDA,
故答案为:BCDA 或CBDA;
②电解饱和食盐水时,与电源正极相连的电极上氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为:发生的反应为2Cl--2e→Cl2,阴极上氢离子得电子生成氢气,同时阴极附近生成氢氧根离子,溶液呈碱性,pH变大,
故答案为:2Cl--2e→Cl2,变大;
③HCl合成反应中保持过量的气体是氢气,氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰,故答案为:氢气;苍白色火焰;
④利用HCl合成时放出的热量来产生水蒸汽,用于NaOH溶液的蒸发,这样做的优点是充分利用能量,故答案为:充分利用能量;
⑤氯离子的检验方法是:加足量稀硝酸至呈酸性,然后滴加硝酸银溶液,若产生白色沉淀,则含有氯化钠,故答案为:加足量稀硝酸至呈酸性,然后滴加硝酸银溶液,若产生白色沉淀,则含有氯化钠.
由铜片、锌片和200mL稀H2SO4组成的原电池中,若锌片发生电化学腐蚀,则当铜片上放出3.36L(标态)气体时,硫酸恰好全部作用完.试计算:
(1)产生这些气体消耗了多少克锌?
(2)有多少mol电子通过了导线?
(3)200mL稀H2SO4的物质的量浓度是多少?
正确答案
解:该原电池中,锌电极上电极反应式为Zn-2e-=Zn2+,铜电极上电极反应式为2H++2e-=H2↑,则电池反应式为Zn+2H+=H2↑+Zn2+,
(1)设参加反应的Zn的质量为x,
Zn+2H+=H2↑+Zn2+
65g 22.4L
x 3.36L
解得:x=9.75g
答:消耗锌的质量9.75g;
(2)设转移电子的物质的量为y,
Zn+2H+=H2↑+Zn2+转移电子
22.4L 2mol
3.36L y
解得:y=0.30mol,
答:通过电子的物质的量为0.30mol;
(3)根据氢原子守恒得H2SO4~H2,则c(H2SO4)==0.75 mol•L-1,
答:原硫酸的浓度为0.75 mol•L-1.
解析
解:该原电池中,锌电极上电极反应式为Zn-2e-=Zn2+,铜电极上电极反应式为2H++2e-=H2↑,则电池反应式为Zn+2H+=H2↑+Zn2+,
(1)设参加反应的Zn的质量为x,
Zn+2H+=H2↑+Zn2+
65g 22.4L
x 3.36L
解得:x=9.75g
答:消耗锌的质量9.75g;
(2)设转移电子的物质的量为y,
Zn+2H+=H2↑+Zn2+转移电子
22.4L 2mol
3.36L y
解得:y=0.30mol,
答:通过电子的物质的量为0.30mol;
(3)根据氢原子守恒得H2SO4~H2,则c(H2SO4)==0.75 mol•L-1,
答:原硫酸的浓度为0.75 mol•L-1.
(2013秋•信宜市校级月考)某同学用如图装置研究电化学实验,下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A.该装置中锌易失电子作负极,质量会减轻,铜作正极,会产生气泡,故A错误;
B.锌失电子发生氧化反应而作负极,进入溶液的锌离子是无色的,故B错误;
C.电子从负极锌沿导线流向正极铜,故C正确;
D.Zn、Cu 分别接外加电源的正、负极,即Zn是阳极,Cu是阴极,可以实现铜上镀锌,故D错误;
故选C.
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