- 电解池
- 共5205题
请从如图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积，并检验氯气．
（1）A极发生的电极反应式是______B极发生的电极反应式是______
（2）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：A接______、______接______；B接______、______接______．
（3）证明产物中有Cl2的实验现象是______．
（4）已知电解后测得产生的H2的体积为44.8mL（已经折算成标准状况），电解后溶液的体积为50mL，此时溶液中NaOH的物质的量浓度为______．
（5）有一和电解饱和食盐水能量转换相反的装置中，一极通入甲烷，另一极通入氧气，电解质溶液为KOH溶液，负极的反应式为______正极的反应式为______．
正确答案
（1）电解饱和食盐水获得氯气时，A极是活泼金属电极，应为阴极，阴极上是氢离子得电子，
反应式为：2H++2e-=H2↑，B极是阳极，阳极是氯离子失电子的过程，反应式是：2Cl--2e-=Cl2↑，
故答案为：2H++2e-=H2↑；2Cl--2e-=Cl2↑；
（2）测定产生的氢气的体积用排水量气法，导管是短进长出，所以A接G，用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，即E接C，故答案为：G、F、H、D、E、C；
（3）氯气可以将碘化钾中的碘置换出来，生成的碘单质可使使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，所以证明产物中有Cl2的实验现象是湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，故答案为：湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝；
（4）根据电解饱和食盐水的电解原理方程式：2NaCl+2H2O
故答案为：0.08mol/L；
（5）在甲烷燃料电池中，负极上失电子的是燃料甲烷，在碱性环境下电极反应为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，正极上得电子的是氧气，在碱性环境下电极反应为：2O2+8e-+4 H2O=8OH-，
故答案为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；2O2+8e-+4 H2O=8OH-．
如图A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸．
（1）A中反应的离子方程式是______．
（2）B中Cu极的电极反应式是______．
Cu极附近溶液的pH______（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）C中被腐蚀的金属是______（填化学式），A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是______（用“＞”表示）．
正确答案
（1）硫酸、硫酸亚铁是可溶性的强电解质，写离子，铁、氢气是单质写化学式，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气．
故答案为：Fe+2H+=Fe2++H2↑
（2）B中Cu作正极，氢离子在铜极上得电子生成氢气，反应还原反应；氢离子在铜极上生成氢气，使溶液中的氢离子浓度降低，所以PH增大．
故答案为：2H++2e_=H2↑；增大．
（3）C中锌作负极，锌失电子变成离子进入溶液，所以被腐蚀的是锌；A中铁和稀硫酸反应；B中铁作负极，加快铁的腐蚀；C中铁作正极，减慢铁的腐蚀．
故答案为：Zn；B＞A＞C
(16分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H2反应生产CH3OH，并开发出甲醇燃料电池。
（1）已知：CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g) △H＝－283.0 kJ·mol-1
2CH3OH(l)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(l) △H＝－1453.0 kJ·mol-1
则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为 。
（2）工业上常利用反应CO(g)＋2H2(g)≒CH3OH(g) △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。
230℃的实验结果所对应的曲线是 （填字母）；该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H2):n(CO) 的比值范围是 （填字母）。A．1～1.5 B．2.5～3 C．3.5～4.5
（3）制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：H2O(g)+CO(g)
①该温度下，若起始时c(CO)="1" mol·L-1，c(H2O)="2" mol·L-1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L-1，则此时该反应v(正) v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。
②若降低温度，该反应的K值将 （填“增大”、“减 小”或“不变”）。
（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。
①该电池工作时，OH－向 极移动（填“a”或“b”）。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池负极反应式为 ，电池总反应的离子方程式为 。
正确答案
（1）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =－443.5kJ·mol-1
（2）X ； B （3）① > ② 增大
（4）① b ② CH3OH - 6e-+ 8OH－=CO32－ + 6H2O
2CH3OH + 3O2 + 4OH－=2CO32－ + 6H2O
（1）考查盖斯定律的应用。根据反应①CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g)和反应②2CH3OH(l)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(l)可知，②－①×2即得到2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)，所以反应热是－1453.0kJ/mol＋283.0 kJ/mol×2＝－887 kJ/mol。
（2）因为反应是放热反应，所以温度越高，转化率越低。因此根据图像可判断曲线X表示的是230℃。同样根据图像可判断，n(H2):n(CO) 的比值范围在2.5～3时，转化率最高，所以答案选B。
（3）①根据方程式可知当氢气浓度是0.5mol/L时，生成物CO2的浓度也是0.5mol/L。消耗水蒸气和CO的浓度都是0.5mol/L，则剩余水蒸气和CO的浓度分别是0.5mol/L和1.5mol/L。此时
②正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大。
（4）原电池中负极失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。在该燃料电池中，正极通入氧气，负极通入甲醇，所以a是正极，b是负极。电解质是碱性溶液，所以负极电极反应式为CH3OH - 6e-+ 8OH－=CO32－ + 6H2O，电池总反应式为2CH3OH + 3O2 + 4OH－=2CO32－ + 6H2O。
如图甲、乙是电化学实验装置．
（1）若甲、乙两烧杯中均盛有NaCl溶液．
①甲中石墨棒上的电极反应式为______；
②乙中总反应的离子方程式为______；
③将湿润的淀粉KI试纸放在乙烧杯上方，发现试纸先变蓝后褪色，这是因为过量的Cl2氧化了生成的I2．若反应中Cl2和I2的物质的量之比为5：1，且生成两种酸，该反应的化学方程式为______．
（2）若甲、乙两烧杯中均盛有CuSO4溶液．
①甲中铁棒上的电极反应式为______．
②如果起始时乙中盛有200mL pH=5的CuSO4溶液（25℃），一段时间后溶液的pH变为1，若要使溶液恢复到电解前的状态，可向溶液中加入______（填写物质的化学式）______ g．
正确答案
（1）①甲为原电池装置，石墨棒上氧气得电子发生还原反应，反应为2H2O+O2+4e-═4OH-，
故答案为：2H2O+O2+4e-═4OH-；
②乙为电解装置，由电子流向可知石墨为阳极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电，
则电解反应为2Cl-+2H2O 
故答案为：2Cl-+2H2O 
③Cl2氧化了生成的I2，Cl元素的化合价降低，生成盐酸，反应中Cl2和I2的物质的量之比为5：1，，设I元素的化合价为x，则5×2×1=1×2×x，解得x=+5，则生成碘酸，
所以发生的化学反应为5Cl2+I2+6H2O═10HCl+2HIO3，故答案为：5Cl2+I2+6H2O═10HCl+2HIO3；
（2）①甲为原电池装置，铁作负极，负极反应为Fe-2e-═Fe2+，故答案为：Fe-2e-═Fe2+；
②由2CuSO4+2H2O
n（H+）=0.2L×0.1mol/L=0.02mol，则由电解反应可知析出的Cu的物质的量为0.01mol，由Cu原子守恒可知，
m（CuO）=0.01mol×80g/mol=0.8g，或m（CuCO3）=0.01mol×124g/mol=1.24g，
故答案为：CuO（或CuCO3）；0.8（或1.24）．
（1）把一块纯净的锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片逐渐溶解，并有气体产生，再平行地插入一块铜片（如图甲所示），可观察到铜片上______（填“有”或“没有”）气泡产生，再用导线把锌片和铜片连接起来（如图乙所示），可观察到铜片上______（填“有”或“没有”）气泡产生．
（2）用导线连接灵敏电流表的两端后，再与溶液中的锌片和铜片相连（如图丙所示），观察到灵敏电流表的指针发生了偏转，说明了导线中有电流通过．图乙、图丙是一个将______能转化为______能的装置，人们把它叫做原电池．
（3）从上述现象中可以归纳出构成原电池的一些条件是______，有关的电极反应式：锌片______；铜片______．
正确答案
（1）将铜插到硫酸中，金属铜不能和酸反应置换出氢气，再用导线把锌片和铜片连接起来，会形成Zn、Cu、硫酸原电池，在正极上氢离子得电子产生氢气，
故答案为：没有；有；
（2）用导线连接灵敏电流表的两端后，再与溶液中的锌片和铜片相连，即形成了原电池，原电池是将化学能转化为电能的装置，故答案为：化学；电能；
（3）构成原电池的条件：有活泼性不同的两个电极；有电解质溶液；形成闭合回路，Zn、Cu、硫酸原电池中，活泼金属锌做负极，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，金属铜做正极，电极反应为：2H++2e-=H2↑，故答案为：两电极要插入电解质溶液，并用导线连接形成回路；Zn-2e-=Zn2+；2H++2e-=H2↑．
某化学活动小组利用如下装置对原电池进行研究，请回答下列问题（其中盐桥为含有KCl溶液的琼脂）．
（1）、在甲图装置中，当电流计指针发生偏转时，盐桥中的离子移动方向为：K+移向______烧杯，Cl-移向______烧杯（填A或B），装置中电子转移的方向为：______．
（2）、如果将盐桥换成Cu导线（如乙图），该小组同学发现电流表指针仍然发生偏转，则C中可以构成______池，D中可以构成______池．
（3）、对乙图产生电流的原因猜想如下：
猜想一：ZnSO4溶液水解显酸性，如该观点正确，则C中铜导线上的电极反应式为：______．
猜想二：ZnSO4溶液酸性很弱，由于溶解了空气中的氧气而产生电流，如该观点正确，此时C中铜导线上的电极反应式为：______．
若猜想二正确，则可利用此原理设计电池为在偏远的海岛工作的灯塔供电，其装置以金属铝和石墨为电极，以海水为电解质溶液，试写出该电池工作时总反应的化学方程式______．
正确答案
（1）在甲图装置中，当电流计指针发生偏转时，形成原电池，锌为活泼金属，被氧化而失去电子，铜为原电池正极，正极上得电子而被还原，原电池中，电子由负极经外电路流向正极，电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，
故答案为：B；A；由负极（Zn）沿导线移向正极（Cu）；
（2）如果将盐桥换成Cu导线（如乙图），该小组同学发现电流表指针仍然发生偏转，则C中可以构成原电池，锌为活泼金属，被氧化而失去电子，铜为原电池正极，正极上得电子而被还原，分别连接电源的正负极，正极反应为Cu2++2e-=Cu，负极反应为Cu-2e-=Cu2+，为电解或电镀装置，
故答案为：原电；电解/电镀；
（3）ZnSO4溶液水解显酸性，Cu为正极，发生还原反应，电极反应为2H++2e-=H2↑，
ZnSO4溶液酸性很弱，由于溶解了空气中的氧气而产生电流，则正极发生还原反应，氧气在正极上得电子而被还原，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，
以金属铝和石墨为电极，以海水为电解质溶液，Al为负极，氧化反应，电极反应为Al-3e-+3OH-=Al（OH）3，正极反应为 O2+4e-+2H2O=4OH-，该电池工作时总反应的化学方程式为4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3，
故答案为：2H++2e-=H2↑； O2+4e-+2H2O=4OH-；4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3．
（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计．锌片上发生的电极反应：______；
银片上发生的电极反应：______．
（2）若该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，试计算：
产生氢气的体积（标准状况）______．
正确答案
（1）锌片、银片、稀硫酸构成原电池，锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+；银作正极，正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：Zn-2e-=Zn2+；2H++2e-=H2↑；
（2）该原电池中，负极上锌失电子变成锌离子进入溶液，导致质量减少，正极上金属不参加反应，所以该装置中减少的质量是锌的质量，根据转移电子相等知，生成氢气的物质的量和锌的物质的量相等，所以生成气体的体积=
故答案为：4.48L．
氮是地球上含量丰富的一种元素，氨和肼（N2H4）是氮的两种常见化合物，在科学技术和生产中有重要的应用。
Ⅰ.（1）N2H4中的N原子最外层达到8电子稳定结构，写出N2H4的结构式_____________。
（2）NH3与NaClO反应可得到肼（N2H4），该反应的化学方程式为 。
（3）肼是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如右图所示，写出肼燃烧的热化学方程式 。
Ⅱ.氨的合成是最重要的化工生产之一。已知：
N2（g）＋3H2（g）
在3个体积均为2L的密闭容器中，在相同的温度下，使用相同的催化剂合成氨，实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示：
试回答：
（1）下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是______________（填写序号字母）。
a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1︰3︰2
b．v（N2）正＝3v（H2）逆
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
（2）分析上表数据，下列关系正确的是_________（填写序号字母）。
（3）容器乙中反应从开始到达平衡平均速率为v(H2)= _____________。
III.直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH3+3O2=2N2+6H2O，电解质溶液一般使用KOH溶液，则负极电极反应式是__________ 。
正确答案
Ⅰ．（1）
（2） 2NH3+NaClO＝N2 H4+NaCl+H2O（2分）
（3）N2 H4(g) + O2(g) = N2(g) + 2H2O(g ) ΔH＝－534 kJ·mol－1（2分）
Ⅱ．（1）C（2分）
（2）A C D（3分）
（3）0.3 mol·L-1·min-1（2分）
III．2NH3 + 6OH- + 6e- = N2 + 6H2O（2分）
试题分析：Ⅰ．（1）N2H4中的N原子可达到8电子的稳定结构，氮原子最外层3个电子形成三对共用电子对，和未成键的一对电子形成8电子稳定结构，每个氮原子和两个氢原子形成共价键，氮原子间形成一个共价键，结构式为：
⑵NH3与NaClO反应可得到肼（N2H4），该反应的化学方程式为：2NH3+NaClO＝N2 H4+NaCl+H2O，答案：2NH3+NaClO＝N2 H4+NaCl+H2O；⑶从图中读出，△H=22218kJ·mol－1-2752kJ·mol－1=－534 kJ·mol－1，所以肼燃烧生成气态水的热化学方程式为：N2 H4(g) + O2(g) = N2(g) + 2H2O(g ) ΔH＝－534 kJ·mol－1，答案：N2 H4(g) + O2(g) = N2(g) + 2H2O(g ) ΔH＝－534 kJ·mol－1；
Ⅱ．⑴A、应用速率之比来判断，反应过程中按照比例进行反应，故A不能判断该反应达到化学平衡状态；B、按照速率之比等于系数之比，表述的是正反应速率，当某种物质的正反应速率和逆反应速率相等是表明反应达到平衡，所以当3v（N2）正=v（H2）逆 时反应达到平衡，故B不能判断该反应达到化学平衡状态；C、当容器内压强保持不变，说明反应达到平衡，故C能判断该反应达到化学平衡状态；反应体系内质量守恒，体积一定，故混合气体的密度不变，所以混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡，故D不能判断该反应达到化学平衡状态；答案：C。
⑵A、正确，先用1.5L的容器进立与乙等效平衡，然后放大到3L，平衡向生成N2的方向即逆方向移动，所以2c1>1.5 mol·L ―1; B、不正确，丙等效于3molH2,1molN2从正确向建立平衡，甲多加了1molN2，平衡正向移动；C、正确，反应体系内质量守恒，体积一定，混合气体的总质量甲是乙的2倍，所以混合气体的密度，2ρ1=ρ2；D、正确，温度不变，平衡常数不变，K甲= K乙= K丙。答案：A C D。
⑶v(H2)= 3v(N2)=
III.NH3作还原剂，生成1molN2失去6mol电子，用OH―调节使方程式两边电荷守恒，负极反应，2NH3 + 6OH- + 6e- = N2 + 6H2O，答案：2NH3 + 6OH- + 6e- = N2 + 6H2O
（14分）美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：
（1）此流程的第II步反应为：CO(g)＋H2O(g)
温度/℃
400
500
830
平衡常数K
10
9
1
从上表可以推断：此反应是 （填“吸”或“放”）热反应。在830℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入1mo1CO和2mo1H2O，则达到平衡后CO的转化率为 。
（2）在500℃，以下表的物质的量（按照CO、H2O、H2、CO2的顺序）投入恒容密闭容器中进行上述第II步反应，达到平衡后下列关系正确的是
实验编号
反应物投入量
平衡时H2浓度
吸收或放出的热量
反应物转化率
A
1、1、0、0
c1
Q1
α1[来源:]
B
0、0、2、2
c2
Q2
α2
C
2、2、0、0
c3
Q3
α3
A．2c1= c2 =c3 B．2Q1=Q2=Q3 C．α1 =α2 =α3 D．α1 +α2 ="1"
（3）在一个绝热等容容器中，不能判断此流程的第II步反应达到平衡的是 。
①体系的压强不再发生变化 ②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变 ④各组分的物质的量浓度不再改变
⑤体系的温度不再发生变化 ⑥v(CO2)正＝v(H2O)逆
（4）下图表示此流程的第II步反应，在t1时刻达到平衡、在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况：图中t2时刻发生改变的条件是 、
（写出两种）。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，在图中t4和t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质（假设各物质状态均保持不变）。
正确答案
（1）放；66.7%（2）AD （3）②③（4）降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量；（每格2分）
（1）温度越高，平衡常数越小，所以正反应是放热反应。
CO(g)＋H2O(g)
起始量（mol） 1 2 0 0
转化量（mol） x x x x
平衡量（mol） 1－x 2－x x x
根据平衡常数知
解得x＝2/3，所以平衡后CO的转化率为是66.7％。
（2）因为反应前后体积，即改变压强平衡不会发生移动，根据所给的反应物投入量来看ABC就是等效的，虽然氢气的含量，但氢气的浓度不同，其中BC相等且都是A的2倍。根据500℃平衡常数可计算出A中反应物的转化率均是75％【计算方法同（1）】，即平衡时A中CO、H2O、H2、CO2分别是0.25mol、0.25mlol、0.75mol、0.75mol，则平衡时B、C中CO、H2O、H2、CO2分别都为0.5mol、0.5mol、1.5mol、1.5mol。即B、C中转化率分别是25％和75％。A中放热Q1，所以反应热是－2Q1kJ·mol－1。则C中放热2Q1，B中吸热Q1。答案AD正确。
（3）因为体系绝热，而反应是放热反应，所以压强会发生变化，①⑤可以。反应前后气体质量和容器的体积均不发生变化，所以密度不变，②不可以。反应前后气体质量和物质的量均不发生变化，所以相对分子质量不变，③不可以。④⑥符合化学平衡的概念正确。答案是②③。
（4）由图像可知t2时刻CO浓度减小，CO2浓度增大，因此改变的条件是降低温度，或增加水蒸汽的量。t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，平衡不移动，但物质的浓度均增大，都变为原来大2倍，如图所示：
将洁净的金属片Fe、Zn、A、B 分别与Cu用导线连接浸在合适的电解质溶液里．实验并记录电压指针的移动方向和电压表的读数如下表所示：
根据以上实验记录，完成以下填空：
（1）构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越______（填“大”、“小”）．
Zn、A、B三种金属活动性由强到弱的顺序是______．
（2）Cu与A组成的原电池，______为负极，此电极反应式为（失去电子数用ne-表示______．
（3）A、B形成合金，露置在潮湿空气中，______先被腐蚀．
正确答案
（1）Fe、Zn分别与Cu、电解质溶液形成原电池时，由表可知：前者的电压小，后者的电压大，而锌的活泼性大于铁，即金属活动性相差越大，电压表的读数越大，根据原电池中，电子经导线从活泼金属流向不活泼金属，由表可知：金属活泼性：Cu＞A，B＞Cu，金属活动性相差越大，电压表的读数越大，可知Zn＞B，所以金属的活泼性：Zn＞B＞A，
故答案为：大；Zn＞B＞A；
（2）由第三组数据可知电压为负值，说明电流的方向是相反的，即Cu→A构成原电池，Cu为负极，失去电子，电极反应式：Cu-2e-=Cu2+，
故答案为：Cu；Cu-2e-=Cu2+；
（3）根据原电池中，活泼金属做负极，被腐蚀，由（1）可知金属的活泼性：B＞A，即B先被腐蚀，故答案为：B．
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