高中化学验证原电池的效果试题

Ⅰ．下面的虚线框中每一列、每一行相当于周期表的每一族和每一周期，但它的列数和行数都多于元素周期表。

I．请在下面的虚线框中用实线画出周期表第一至第六周期的轮廓，并画出金属与非金
属的分界线。（要求：左上角的第一个格是第一周期第IA族元素）
II．X、Y、Z、M、N为短周期的五种主族元素，其中X、Z同主族，Y、Z同周期，M与X，Y既不同族，也不同周期。X原子最外层电子数是核外电子层数的三倍，Y的最高化合价与其最低化合价的代数和等于6。N是短周期主族元素中原子半径最大的非金属元素。
（1）请写出下列元素的元素符号：X____________，Y____________，M____________。
（2）请写出N元素在周期表中的位置              周期、              主族；与N同族的短周期元素L，其最高价氧化物的电子式为                    ；N的最高价氧化物与NaOH溶液反应离子方程式：                        。
（3）Y与Z的最高价氧化物的水化物的酸性强弱                 （用化学式表示）Y与Z相比，非金属性较强的元素是________________，可以证明该结论的实验是（用化学方程式表示）                 。
（4）L和M 按1:4的原子个数组成的化合物甲与 X的常见气态单质乙以及NaOH溶液构成原电池，如图，试分析：

①闭合K，写出左侧A电极的反应式                  
②闭合K，当A电极消耗1．6g化合物甲时（假设过程中无任何损失），则右侧装置中电极上放出的气体在标准状况下的体积为                       升

燃煤能排放大量的CO、CO₂、SO₂，PM_2．5（可入肺颗粒物）污染也跟冬季燃煤密切相关。SO₂、CO、CO₂也是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制、利用是优化我们生存环境的有效途径。
（1）如图所示，利用电化学原理将SO₂转化为重要化工原料C

若A为SO₂，B为O₂，则负极的电极反应式为：________________________；
（2）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O
已知：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）△H＝－a kJ·mol^－1；
2H₂（g）＋O₂（g）＝2H₂O（g）△H＝－b kJ·mol^－1；
H₂O（g）＝H₂O（l）△H＝－c kJ·mol^－1；
CH₃OH（g）＝CH₃OH（l）△H＝－d kJ·mol^－1，
则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：____________________________；
（3）光气 （COCl₂）是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过Cl₂（g）＋CO（g）COCl₂（g）制备。左图为此反应的反应速率随温度变化的曲线，右图为某次模拟实验研究过程中容器内各物质的浓度随时间变化的曲线。回答下列问题：

① 0~6 min内，反应的平均速率v（Cl₂）＝               ；
② 若保持温度不变，在第7 min 向体系中加入这三种物质各2 mol，则平衡           移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）；
③ 若将初始投料浓度变为c（Cl₂）＝0．7 mol/L、c（CO）＝0．5 mol/L、c（COCl₂）＝             mol/L，保持反  应温度不变，则最终达到化学平衡时，Cl₂的体积分数与上述第6 min时Cl₂的体积分数相同；
④ 随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是            ；（填“增大”、“减小”或“不变”）
⑤比较第8 min反应温度T（8）与第15 min反应温度T（15）的高低：T（8）______________T（15）（填“<”、“>”或“＝”）。

某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理(Cu元素的相对原子质量为64)。按照实验步骤依次回答下列问题：

（1）导线中电子流向为____________(用a、b表示)。
（2）若装置中铜电极的质量增加0.64 g，则导线中转移的电子数目为________ (用“N_A”表示) ；
（3）装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K^＋、Cl^－的移动方向的表述正确的是________。

A．盐桥中的K^＋向左侧烧杯移动、Cl^－向右侧烧杯移动

B．盐桥中的K^＋向右侧烧杯移动、Cl^－向左侧烧杯移动

C．盐桥中的K^＋、Cl^－都向左侧烧杯移动

D．盐桥中的K^＋、Cl^－几乎都不移动

（4）若将反应2Fe^3＋＋Cu===Cu^2＋＋2Fe^2＋设计成原电池，写出电极反应式。
正极反应_____________；
（5）下列是用化学方程式表示的化学变化，请在每小题后的横线上注明能量的转化形式。
①电池总反应：Zn＋Ag₂O＋H₂O===Zn(OH)₂＋2Ag：__________。
②2C₂H₂＋5O₂4CO₂＋2H₂O：_____________。
③6H₂O＋6CO₂ C₆H₁₂O₆(葡萄糖)＋6O₂：__________。

用NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染。
已知：反应I： 4NH₃（g）+6NO（g）  5N₂（g）＋6H₂O（l）  △H₁
反应II： 2NO（g）+O₂（g） 2NO₂（g）           △H₂（且|△H₁| ＝2|△H₂|）
反应III：4NH₃（g）+6NO₂（g） 5N₂（g）＋3O₂（g）＋6H₂O（l）   △H₃
反应I和反应II在不同温度时的平衡常数及其大小关系如下表

温度/K	反应I	反应II	已知：
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）△H_{3 =}              （用△H_1、△H₂ 的代数式表示）;推测反应III是    反应（填“吸热”或“放热”）
（2）相同条件下,反应I在2L密闭容器内,选用不同的催化剂，反应产生N₂的量随时间变化如图所示。

①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率v（NO）=         。
②下列说法不正确的是       。
A．单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
B．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
C．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）>E_a（B）>E_a（C）
D．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数
（3）一定条件下，反应II达到平衡时体系中n（NO）∶n（O₂）∶n（NO₂）＝2∶1∶2。恒温恒压时，在其它条件不变时，再充入NO₂气体， NO₂体积分数      （填“变大”、“变小”或“不变”）
（4）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH₃的含量，其工作原理示意图如下，溶液中OH^-向电极      移动（填a或b），负极的电极反应式为         。

某化学兴趣小组利用废弃铝矿（含CuO、Al₂O₃及SiO₂），模拟工业上提取铝的工艺，设计如下图所示的简单操作流程：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

回答下列问题：
（1）滤渣主要成分的化学式为_________。
（2）灼烧Al（OH）₃时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有_______（填仪器名称）。
（3）溶液Y中要加入稍过量原料A，原料A的化学式是_______。
（4）操作流程中③的离子方程式为_____________。
（5）铝电池性能优越，Al—Ag₂O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示：

请写出该电池正极反应式                  。

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图所示：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O（g）CO₂+H₂ T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H₂)=0.12mol·L^－1。该温度下此反应的平衡常数K=_____（填计算结果）。
（2）合成塔中发生反应N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中T₁____300℃（填“>”、“<”或“=”）。

（3）N₂和H₂以铁作催化剂从145℃就开始反应，不同温度下NH₃的产率如右图所示。温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因是          。

（4）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气，目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
CH₄（g）+4NO₂（g）＝4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）； △H=－574kJ·mol^－1；
CH₄（g）+4NO（g）＝2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；    △H=－1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：           。
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极碱性条件下发生反应的电极反应式为           。

甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，请回答下列问题：
（1）一定温度下，在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）
①下列情形不能说明该反应已达到平衡状态的是       （填序号）．
A．每消耗1mol CO的同时生成2molH₂
B．混合气体总物质的量不变
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示．B、C两点的平衡常数K（B）K（C）（填“＞”、“=”或“＜”）．

③某温度下，将2．0mol CO和6．0molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡时测得
c（CO）=0．25mol/L，CO的转化率=      ，此温度下的平衡常数K=      （保留二位有效数字）．
（2）常温下，将V mL、0．20mol/L氢氧化钠溶液逐滴加入到20．00mL、0．20mol/L甲酸溶液中，充分反应，溶液pH=7，此时V      20．00（填“＞”、“=”或“＜”）;当氢氧化钠溶液与甲酸溶液恰好完全反应时，溶液中所含离子浓度由大到小排列顺序____________
（3）温度650℃的熔融盐燃料电池，用（CO、H₂）作反应物，空气与CO₂的混合气体为正极反应物，镍作电极，用Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作电解质．该电池的正极反应式为__________       ．
（4）己知：CH₃OH、H₂的燃烧热（△H）分别为﹣726．5kJ/mol、﹣285．8kJ/mol，则常温下CO₂和H₂反应生成CH₃OH和H₂O的热化学方程式是               ．

甲醇（CH₃OH）是一种重要的化工原料，也是一种比较理想的燃料。甲醇在各个领域有着广泛的应用。
（1）实验测得：32 g甲醇在氧气中完全燃烧，生成二氧化碳气体和液态水时释放出726.4 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式：________________。
（2）燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。下图是一个化学过程的示意图。2CH₃OH+3O₂+4KOH K₂CO₃+6H₂O

①A（石墨）电极的名称是               。
②通入O₂的电极的电极反应式是           。
③写出通入CH₃OH的电极的电极反应式是              。
④乙池中反应的化学方程式为                 。
⑤当电路中通过0.01mol电子时，丙池溶液的C(H⁺) =            mol/L（忽略电解过程中溶液体积的变化）。
（3）合成甲醇的主要反应是：2H₂（g）+ CO（g）CH₃OH（g） △H=—90.8 kJ·mol^—1。
①在恒温恒容条件下，充入一定量的H₂和CO，发生反应2H₂（g）+ CO（g） CH₃OH（g）。则该反应达到平衡状态的标志有
a．混合气体的密度保持不变            
b．混合气体的总压强保持不变
c．CO的质量分数保持不变             
d．甲醇的浓度保持不变
e．v_正（H₂）= v_逆（CH₃OH）           
f．v（CO）= v（CH₃OH）
②要提高反应2H₂­（g）+ CO（g） CH₃OH（g）中CO的转化率，可以采取的措施是：
a．升温        
b．加入催化剂      
c．增加CO的浓度
d．加入H₂     
e．加入惰性气体    
f．分离出甲醇

(14分)请回答下列问题：
（1）下表列出了一些化学键的键能E：

化学键	H—H	O===O	O—H
E/kJ·mol^－1	436	x	463

反应H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol^－1，则x＝__________。
（2）铅蓄电池是正极板上覆盖有PbO₂，负极板上覆盖有Pb，电解质溶液是H₂SO₄溶液，电池放电时的总反应：Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。
请写出充电时阴极的电极反应式：
（3）反应m A＋n Bp C，在某温度下达到平衡。

①若A、B、C都是气体，减压后正反应速率小于逆反应速率，则m、n、p的关系是_______。
②若C为气体，且m + n = p，在加压时化学平衡发生移动，则平衡必定向_______方向移动。
③若再升高温度，平衡向逆向移动，则正反应为       反应（填“吸热”或“放热”）
（4）依据氧化还原反应Zn(s)＋Cu^2＋(aq)===Zn^2＋(aq)＋Cu(s)设计的原电池如图所示。

①请在图中标出电极材料及电解质溶液（写化学式）
②盐桥中的Cl^－向________极移动（填“左”或“右”）。

(15分)化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。
（1）工业生产可以用NH₃(g)与CO₂(g)经两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

则NH₃(g)与CO₂(g)反应生成尿素的热化学方程式为_______________。
（2）已知反应Fe(s)＋CO₂(g） FeO(s)＋CO(g）ΔH＝a kJ·mol^－1。测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

温度(℃)	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①该反应的化学平衡常数K的表达式为        ，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃  2 L密闭容器中进行反应，Fe和CO₂的起始量均为4 mol，则5 min后达到平衡时CO₂的转化率为________，生成CO的平均速率v(CO)为_______________。
②700 ℃反应达到平衡后，要使反应速率增大且平衡向右移动， 可采取的措施有              。
（3）利用CO与H₂可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式               ，利用该电池电解1L 0．5mol/L的CuSO₄溶液，当消耗560mLO₂（标准状况下）时，电解后溶液的pH＝（溶液电解前后体积的变化忽略不计）。

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图所示：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O（g)CO₂+H₂
T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c（H₂)＝0.12mol/L。
温度下此反应的平衡常数K＝_____（填计算结果）。
（2）合成塔中发生反应N₂（g)+3H₂（g)2NH₃（g)；△H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中T₁____300K（填“>”、“<”或“=”）。

T/℃	T1	300	T2
K	1.00×10^7	2.45×10^5	1.88×10^3

（3）N₂和H₂以铁作催化剂从145℃就开始反应，不同温度下NH₃的产率如图所示。温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因是            。

（4）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气，目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
CH₄（g)+4NO₂（g)＝4NO（g)+CO₂（g)+2H₂O（g)； △H=－574kJ·mol^－1
CH₄（g)+4NO（g)＝2N₂（g)+CO₂（g)+2H₂O（g)；  △H=－1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：                  。
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则在碱性条件下通入氨气发生的电极反应式为               。

某化学兴趣小组用下图所示装置进行电化学原理的实验探究，试回答下列问题：

（1）通O₂的Pt电极为电池      极（填电极名称），其电极方程式为     。
（2）若B电池为电镀池，目的是在某镀件上镀一层银，则X电极材料为      ，电解质溶液为          。
（3）若B电池为精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，则该电池阳极泥的主要成分是        。
（4）若B电池的电解质溶液为500 mL 1.0mol/L的NaCl溶液，X、Y皆为惰性电极，当电池工作一段时间断开电源K，Y电极有560mL（标准状况）无色气体生成（假设电极产生气体完全溢出，溶液体积不变），此时B电池溶液的pH=   ，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入   （填物质并注明物质的量）。
（5）若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu₂O，试写出该电极发生的电极反应式为       。

(14分）氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用。
（1）某课外学习小组欲制备少量NO气体，写出铁粉与足量稀硝酸反应制备NO的离子方程式：      。
（2）LiFePO₄是一种新型动力锂电池的电极材料。
①下图为某LiFePO₄电池充、放电时正极局部放大示意图，写出该电池放电时正极反应方程式：      。

②将LiOH、FePO₄·2H₂O（米白色固体）与还原剂葡萄糖按一定计量数混合，在N₂中高温焙烧可制得锂电池正极材料LiFePO₄。焙烧过程中N₂的作用是      ；实验室中以Fe³⁺为原料制得的FePO₄·2H₂O有时显红褐色，FePO₄·2H₂O中混有的杂质可能为      。
（3）磷及部分重要化合物的相互转化如图所示。

①步骤Ⅰ为白磷的工业生产方法之一，反应在1300℃的高温炉中进行，其中SiO₂的作用是用于造渣（CaSiO₃），焦炭的作用是      。
②不慎将白磷沾到皮肤上，可用0.2mol/L CuSO₄溶液冲洗，根据步骤Ⅱ可判断，1molCuSO₄所能氧化的白磷的物质的量为      。
③步骤Ⅲ中，反应物的比例不同可获得不同的产物，除Ca₃(PO₄）₂外可能的产物还有      。

化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）锌锰干电池是应用最普遍的电池之一（如图所示），锌锰干电池的负 极材料是       ，负极发生的电极反应方程式为：                     。若反应消耗16.25 g 负极材料，则电池中转移电子的物质的量为      mol。

（2）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池其电池总反应式可以表示为：Cd+2NiO（OH）+2H₂O2Ni（OH）₂+Cd（OH）₂，已知Ni（OH）₂和Cd（OH）₂均难溶于水，但能溶于酸，以下说法中正确的是____。
①以上反应是可逆反应           ②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能       ④放电时化学能转变为电能

A．①③

B．②④

C．①④

D．②③

（3）下图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向可知，则X极为电池的______（填“正”或“负”）极，Y极的电极反应方程式为                  。

天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(g)  ∆H₁
CO(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋H₂(g)    ∆H₂
2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g)          ∆H₃
则CO₂(g)＋CH₄(g)===2CO(g)＋2H₂(g)的∆H＝           。
（2）天然气中的少量H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式    。
（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：
CO₂(g)+CH₄(g) 2CO(g)+2H₂(g)。
①该反应的平衡常数表达式为                    。
②在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol•L^—1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图l所示。则压强P₁      P₂ (填“大于”或“小于”)；压强为P₂时，在Y点：v(正)       v (逆)（填“大于"、“小于”或“等于"）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为l06，其核磁共振氢谱如图2所示，则X的结构简式为             。
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如右图所示人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄。

①写出铜电极表面的电极反应式        。
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量      （选填“盐酸”或“硫酸”）。