- 电解池
- 共5205题
甲醇可作为燃料电池的原料。以CH4和H2O为原料，通过下列反应反应来制备甲醇。
I：CH4(g) + H2O (g) ＝CO(g) + 3H2(g) △H ＝+206.0 kJ/mol
II：CO (g) + 2H2 (g) ＝ CH3OH (g) △H ＝—129.0 kJ/mol
（1）CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热化学方程式为_______________。
（2）将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容积为100 L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图
①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H2表示该反应的平均反应速率为_____。
②100℃时反应I的平衡常数为__________。
（3）在压强为0.1 MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的1/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________(填字母序号)。
A．c (H2)减少
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH3OH 的物质的量增加
D．重新平衡c ( H2)/ c(CH3OH )减小
E．平衡常数K增大
（4）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种：
①甲醇蒸汽重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g)
②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2-ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图所示。则当n(O2)/n(CH3OH)＝0.25时，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为_________________；
（5）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。实验室用下图装置模拟上述过程：
① 写出阳极电极反应式_______________。
② 写出除去甲醇的离子方程式_________________。
正确答案
（1）CH4(g)+H2O(g)＝CH3OH (g)+H2(g) △H ＝+77.0 kJ/mol
（2）①0.003 mol·L－1·min－1；② 2.25×10-4（3）CD
（4）①该反应是一个熵增的反应 （△S＞0）；②2CH3OH+O2
（5）① Co2+ -e- ＝ Co3+；② 6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如图所示：
请回答下列问题：
（1）在反应器中发生反应的化学方程式是______．
（2）在膜反应器中发生反应：2HI（g）⇌H2（g）+I2（g）△H＞0．若在一定条件密闭容器中加入1mol HI（g），n（H2）随时间（t）的变化关系如图1所示：
①该温度下，反应平衡常数K=______，若升高温度，K值将______（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H2的目的是______．
（3）电渗析装置如图2所示：
①结合电极反应式解释阴极区HIx转化为HI的原理是______．
②该装置中发生的总反应的化学方程式是______．
（4）上述工艺流程中循环利用的物质是______．
正确答案
（1）由工艺流程图可知，SO2、I2、H2O反应生成H2SO4、HIX，反应方程式为：SO2+x I2+2H2O═H2SO4+2HIX，故答案为：SO2+x I2+2H2O═H2SO4+2HIX；
（2）①由图1可知，平衡时氢气的物质的量为0.1mol，则：
2HI（g）⇌H2（g）+I2（g）
开始（mol）：1 0 0
变化（mol）：0.2 0.1 0.1
平衡（mol）：0.8 0.1 0.1
由于反应前后气体的物质的量不变，故可以利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故k=
该反应正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应移动，平衡常数增大，
故答案为：
②使用膜反应器及时分离出H2，使平衡正向移动，提高HI的分解率，故答案为：使平衡正向移动，提高HI的分解率；
（3）①由图2可知，在阴极区Ix-转化为I-，发生反应：Ix-+（x-1）e-═xI-，且阳极区的H+通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液，
故答案为：在阴极区发生反应：Ix-+（x-1）e-═xI-，且阳极区的H+通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液；
②由图2可知，在阴极区Ix-转化为I-，在阳极区Ix-转化为I2，阳极区的H+通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液，即电解HIx生成I2、HI，反应方程式为：2HIx═（x-1）I2+2HI，
故答案为：2HIx═（x-1）I2+2HI；
（4）由工艺流程可知，电渗析装置与膜反应器中都产生I2，可以在反应器中循环利用，故答案为：I2．
试运用所学知识，解决下列问题：
（1）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H2O（g）
H2（g）+CO2（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：
若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol•L-1，在该条件下，CO的平衡转化率为______．
（2）在100℃时，将0.40mol的二氧化氮气体充入2L抽真空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据：
①n3______n4（填“＞”或“＜”或“=”），该反应的平衡常数的值为______；
②若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体，要达到上述同样的平衡状态，四氧化二氮的起始浓度是______mol•L-1，假设在80s时达到平衡，请在右图中画出并标明该条件下此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线．
（3）以甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在氢氧化钾介质中该电池的正极反应式______．
正确答案
（1）对于反应 CO（g）+H2O（g）
H2（g）+CO2（g），
开始（mol/L）：0.02 0.02 0 0
变化（mol/L）：c c c c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c c c
所以
所以CO的转化率为
故答案为：75%．
（2）①由表可知，60s时反应达到化学平衡状态，二氧化氮的物质的量不再变化，所以n3=n4，
根据反应方程式计算：
2NO2
N2O4
初始：0.4mol 0
转化：0.16mol 0.08mol
平衡：0.24mol 0.08mol
则平衡时的浓度分别为：c（N2O4）=0.04mol/L，c（NO2）=0.12mol/L，
所以该温度下该反应平衡常数k=
故答案为：=； 2.8
②根据反应 2NO2
N2O4可知，0.4molNO2与0.2molN2O4相当，若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体，要达到上述同样的平衡状态，四氧化二氮的起始浓度是
根据反应 2NO2
N2O4可知，NO2的浓度随时间变化为N2O4的浓度变化2倍．从放入N2O4到平衡时需要80s，初始加入的N2O4的物质的量浓度为0.1mol/L，平衡时N2O4的物质的量浓度为0.04mol/L，NO2的物质的量浓度为2×（0.1mol/L-0.04mol/L）=0.12mol/L，图象可取起点、20s、80s等几个点用平滑曲线来连接．
故答案为：
（3）甲醇为原料的燃料电池中，燃料甲醇为负极，发生失电子的氧化反应，氧气是正极，发生得电子得还原反应，氢氧化钠为电解质，在碱性环境下，氧气的放电情况为：O2+2H2O+4e-=4OH-．
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-．
CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂．
（1）某同学配制CuSO4溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液．他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，随后，他向烧杯中加入了一定量的______溶液，得到了澄清的CuSO4溶液．
（2）该同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究．
①图一是根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4 设计成的锌铜原电池．Cu极的电极反应式是______，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K+向______移动（填“甲”或“乙”）．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是______（填“CH4”或“O2”），a处电极上发生的电极反应式是______；当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的CH4在标准状况下的体积为______L．
（3）反应一段时间后，燃料电池的电解质溶液完全转化为K2CO3溶液，以下关系正确的是______．
A．c（K+）+c（H+）=c（HCO3-）+c（CO32-）+c（OH-）
B．c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3）
C．c（K+）＞c（CO32-）＞c（H+）＞c（OH-）
D．c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-）
E．c（K+）=2c（CO32-）+c（HCO3-）+c（H2CO3）
正确答案
（1）配制水解呈酸性的溶液时应在相应酸的稀溶液中溶解，防止水解．硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子在溶液中发生水解生成氢氧化铜，应加入硫酸使其溶解，
故答案为：硫酸；
（2）①根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu2++2e-═Cu，
盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时，Cl-向负极移动，K+向正极移动，所以，K+向乙装置移动，
故答案为：Cu2++2e-═Cu；乙；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，
电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH4；镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O2．所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH4放电，发生氧化反应，电极反应式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，
根据电子转移守恒8n（CH4）=2n（Cu）=2×
所以n（CH4）=
所以v（CH4）=
故答案为：O2；CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；0.28L；
（4）A、电荷不守恒，故A错误；
B、溶液中OH-来源于水的电离及CO32-、HCO3-与水的水解反应，每产生1个H2CO3，分子，生成2个OH-，故c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3），故B正确；
C、K2CO3溶液呈碱性判断，故c（H+）＜c（OH-），故C错误；
D、溶液中OH-来源于水的电离，HCO3-、CO32-水解，所以c（OH-）＞c（HCO3-），盐类水解很微弱，所以c（CO32-）＞c（OH-），故c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-），故D正确；
E、根据物料守恒c（K+）=2c（CO32-）+2c（HCO3-）+2c（H2CO3），故E错误．
故选：BD．
阅读下表中短周期主族元素的相关信息。 请回答
(1)在一定条件下，B2与C的单质在海水中可形成原电池，为新型海水航标灯提供能源。写出该原电池正极的电极反应式_____________
(2)用惰性电极电解化合物AD的水溶液，该反应的化学方程式为：_________；其中，阴极产物是__________
(3)常温下，0.1 mol·L-1 X溶液的pH_________7（填“>”“=”或“<”），原因是 _____________（用离子方程式说明）。
(4)已知Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10 -38。现向pH=0，浓度均为0.04 mol·L-1的Al3+ 、Fe3+溶液中加入A的最高价氧化物对应水化物的溶液，以调节pH（设溶液体积不变），该过程中Al3+、Fe3+的浓度与pH关系正确的是______________（填字母代号）。
正确答案
(1)O2+4e-+2H2O=4OH- (2) 2NaCl+ 2H2O=2NaOH+Cl2↑+H2↑ ；H2和NaOH
(3)> ；ClO-+H2O
亚硝酸（HNO2）是一种与醋酸酸性相当的弱酸，很不稳定，通常在室温下立即分解。
（1）在酸性条件下，当NaNO2与KI按物质的量1:1恰好完全反应，且I- 被氧化为I2时，产物中含氮的物质为_________（填化学式）。
（2）要得到稳定HNO2溶液，可以往冷冻的浓NaNO2溶液中加入或通入某种物质，下列物质不适合使用是_____（填序号）。
a. 稀硫酸 b. 二氧化碳 c. 二氧化硫 d. 磷酸
（3）工业废水中的NO2- 可用铝粉除去。已知此反应体系中包含Al、NaAlO2、NaNO2、
NaOH、NH3、H2O六种物质。将氧化剂和还原剂的化学式及其配平后的系数填入下列方框中：
上述反应后废水的pH值将_______（填“上升”、“下降”或“不变”）。
（4）若改用电解法将废水中NO2- 转换为N2除去，N2将在_____（填电极名称）生成
（5）若工业废水中的NO2-的浓度约为1.0×10－4mol/L，取工业废水5mL于试管中，滴加2滴0.1mol/L的硝酸银溶液，能否看到沉淀？（通过计算说明）。（已知Ksp(AgNO2)=2×10-8 mol2·Lˉ2）
正确答案
（1）NO
（2）bc
（3）NaNO2 + 2Al；下降
（4）阴极
（5）能
亚憐酸（H3PO3）是二元酸，与足量NaOH溶液反应生成Na2HPO3．
（1）PCl3水解可制取亚磷酸：PCl3+32O═H3PO3+______．
（2）H3PO3溶液中存在电离平衡：H3PO3⇌H++H2PO3-．
①某温度下，O.1Omol．L-1 的 H3PO3 溶液 pH=1.6，即溶液中 c（H+）=2.5x 10-2 mol．L-1．求该温度下上述电离平衡的平衡常数K，写出计算过程．
（H3PO3的第二步电离忽略不计，结果保留两位有效数字．）
②根据H3PO3的性质可推测Na2HPO3稀溶液的pH______7 （填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）亚磷酸具有强还原性，可使碘水褪色．该反应的化学方程式为______
（4）电解Na2HPO3溶液也可得到亚鱗酸，装置示意图如图：
①阴极的电极反应式为______
②产品室中反应的离子方程式为______．
正确答案
（1）PCl3水解可制取亚磷酸和盐酸，水解方程式为：PCl3+32O⇌H3PO3+3HCl，故答案为：HCl；
（2）①H3PO3=H++H2PO3-
起始浓度 0.10 0 0
反应浓度 2.5×10-2 2.5×10-2 2.5×10-2平衡浓度0.10-2.5×10-2 2.5×10-2 2.5×10-2电离平衡常数K=
②H3PO3是弱酸，Na2HPO3是强碱弱酸盐，所以其水溶液呈碱性，即pH＞7，故答案为：＞；
（3）亚磷酸和碘发生氧化还原反应，亚磷酸作还原剂被氧化生成磷酸，碘被还原生成氢碘酸，反应方程式为：H3PO3+I2+H2O=2HI+H3PO4，故答案为：H3PO3+I2+H2O=2HI+H3PO4；
（4）①阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，故答案为：2H++2e-=H2↑；
②产品室中HPO32-和氢离子结合生成亚磷酸，反应离子方程式为：HPO32-+2H+=H3PO3，故答案为：HPO32-+2H+=H3PO3．
（1）AgNO3的水溶液呈______（填“酸”、“中”、“碱”）性，原因是（用离子方程式表示）：______；实验室在配制AgNO3的溶液时，常将AgNO3固体先溶于较浓的______中，然后再用蒸馏水稀释到所需的浓度．若用惰性电极电解AgNO3的水溶液，请写出电池反应的离子方程式______，
（2）常温下，某纯碱（Na2CO3）溶液中滴入酚酞，溶液呈红色．在分析该溶液遇酚酞呈红色原因时，甲同学认为是配制溶液所用的纯碱样品中混有NaOH所至；乙同学认为是溶液中Na2CO3电离出的CO32-水解所至．请你设计一个简单的实验方案给甲和乙两位同学的说法以评判（包括操作、现象和结论）____________
（3）常温下，取pH=2的盐酸和醋酸溶液各100mL，向其中分别加入适量的Zn粒，反应过程中两溶液的pH变化
如右图所示．则图中表示醋酸溶液中pH变化曲线的是______（填“A”或“B”）．设盐酸中加入的Zn质量为m1，醋酸溶液中加入的Zn质量为m2．则m1______m2
（选填“＜”、“=”、“＞”）
（4）钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一．
①钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为：负极：______正极：______；
②为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸
门上的固体材料R可以采用______．
A．铜 B．钠
C．锌 D．石墨
③图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______极．
（5）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置．如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：
①氢氧燃料电池的能量转化主要形式是______，在导线中电子流动
方向为______（用a、b表示）．
②负极反应式为______．
③电极表面镀铂粉的原因为______．
正确答案
（1）AgNO3为强酸弱碱盐，Ag+离子水解使溶液呈酸性，水解方程式为Ag++H2O
AgOH+H+，在配制AgNO3的溶液时，常将AgNO3固体先溶于较浓的硝酸中，防止Ag+离子水解使溶液溶液浑浊，惰性电极电解AgNO3的水溶液时，银离子的氧化性强于水中氢离子，所以阴极银离子放电，得电子，阴极：Ag++e-=Ag；水中氢氧根的还原性强于硝酸根，所以阳极氢氧根放电，失电子，阳极：2H20-4e-=O2+4H+，总反应：4Ag++2H2O
故答案为：酸；Ag++H2O
AgOH+H+；硝酸；4Ag++2H2O
（2）要验证该溶液遇酚酞呈红色原因，可用以下方法，
方法一：向红色溶液中加入足量BaCl2溶液，如果溶液显红色，说明甲正确，如果红色褪去，说明乙正确；
方法二：加热，如果红色不变说明甲正确，如果红色加深，说明乙正确，
故答案为：向红色溶液中加入足量BaCl2溶液，如果溶液还显红色说明甲正确，红色褪去说明乙正确；
（3）由于醋酸是弱电解质，与Zn反应同时，电离出H+，所以pH变化较缓慢，所以B曲线是醋酸溶液的pH变化曲线．由图知盐酸和醋酸的pH变化都是由2到4，但醋酸是边反应边电离H+，故消耗的Zn多，所以m1＜m2．
故答案为：B；＜；
（4）①钢铁发生吸氧腐蚀时，负极发生氧化反应，电极反应为2Fe=2Fe2++4e-，正极发生还原反应，
电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：2Fe=2Fe2++4e-，O2+2H2O+4e-=4OH-；
②为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，应将铁设计成原电池的正极，则负极为较铁更活泼的金属，选项中锌可以，但不可用钠，因钠与水发生剧烈反应，起不到保护铁不被腐蚀的效果，故答案为：C；
③图乙所示的方案为外加电源的阴极保护法，铁连接电源的负极，故答案为：负；
（5）①原电池的实质为化学能转化成电能，氢氧燃料电池总反应为2H2+O2=2H2O，其中H元素的化合价从零价升至+1价，失去电子，即电子从a流向b，故答案为：化学能转化成电能；a→b；
②负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H+，由于溶液是碱性的，故电极反应式左右应各加上OH-，故电极反应式为2H2+4OH-=4H2O+4e-，故答案为：2H2+4OH-=4H2O+4e-；
③铂粉的接触面积大，可以加快反应速率，故答案为：增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率．
（1）0.1mol/LNa2CO3溶液呈______（填“酸性”、“碱性”或“中性”），其原因是______（用离子方程式表示）
（2）氢氧燃料电池是利用氢能的一种重要方式．请写出氢氧燃料（电解质溶液为KOH溶液）的负极的电极反应式______．
（3）某温度下的水溶液中，c（H+）=10-xmol/L，c（OH-）=10-ymol/L．x与y的关系如图1所示：该温度下水的离子积为______；该温度下0.01mol/L NaOH溶液的pH为______．
（4）如图2装置，已知两电极上发生的电极反应分别为：a极：Cu2++2e-=Cu b极：Fe-2e-=Fe2+该装置中原电解质溶液一定含有______ （填序号）
A． Cu2+ B．Na+ C．Fe2+ D． Ag+
（5）硫酸钡在水中存在沉淀溶解平衡：BaSO4（s）⇌Ba 2+ （aq）+SO42-（aq） 25℃时，BaSO4的Ksp=1.1×l0-10，在0.1mol•L一1硫酸溶液中，钡离子的浓度最大可达到______mol•L一1．
正确答案
（1）Na2CO3为强碱弱酸盐，溶液中CO32-水解呈碱性，水解离子方程式为CO32-+H2O⇌HCO3-+OH-，
故答案为：碱性； CO32-+H2O⇌HCO3-+OH-；
（2）负极氢气失电子被氧化，电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O，故答案为：2H2+4OH--4e-=4H2O；
（3）根据图象对应的横坐标和从坐标的数值可知Kw=c（OH-）×c（H+）=10-8×10-4=1×10-12，该温度下0.01mol/L NaOH溶液中c（H+）=
故答案为：1×10-12； 10；
（4）根据电极方程式可知溶液中应含有Cu2+，故答案为：A；
（5）Ksp=1.1×l0-10=c（SO42-）×c（Ba2+），c（Ba2+）=
有A、B、C、D四种强电解质，它们在水中电离时可产生下列离子（每种物质只含一种阳离子和一种阴离子且互不重复）。
已知：
①A、C溶液的pH均大于7，B溶液的pH小于7，A、B溶液中水的电离程度相同，D溶液的焰色反应显黄色；
②C溶液和D溶液混合时只生成白色沉淀，B溶液和C溶液混合时只生成有刺激性气味的气体，A溶液和D溶液混合时无明显现象。
（1）A的名称是_________________
（2）写出C溶液和D溶液反应的化学方程式___________________。
（3）25℃时pH=9的A溶液和pH=9的C溶液中水的电离程度小的是_______（填A或C的化学式）。
（4）25℃时用惰性电极电解D的水溶液，一段时间后溶液的pH_______7（填“>”、“<”或“=”）。
（5）将等体积、等物质的量浓度的B溶液和C溶液混合，反应后溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序为________________。
（6）室温时在一定体积的0.1mol/L的C溶液中，加入一定体积的0.1mol/L的盐酸，混合后溶液的pH=13，若反应后溶液的体积等于C溶液与盐酸的体积之和，则C溶液与盐酸的体积比是__________。
正确答案
（1）醋酸钾
（2）Ba(OH)2+Na2SO4=BaSO4↓+2NaOH
（3）Ba(OH)2（4）“略”
（5）“略”
（6）“略”
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