高中化学验证原电池的效果试题

已知X、Y、Z、W、H五种元素原子序数依次增大，分布在元素周期表中的三个不同短周期。X、W同主族，Y、Z是同周期的相邻元素。W原子的质子数等于Y、Z原子最外层电子数之和。Y的氢化物分子中有3个共价键。Z原子最外层电子数是次外层电子数的3倍。Z的阴离子与H的阳离子具有相同的电子层结构，H的单质能溶于W最高价氧化物的水化物溶液中。试推断：
（1）X、Y两种元素的名称：X    、Y    ；
（2）H在元素周期表中的位置：                            ；
（3）由X、Y、Z所形成的属于强电解质的共价化合物M的化学式是       ，以金属铜和H的单质作电极，M的浓溶液为电解质溶液构成的原电池中，正极反应式      ，电池总反应的离子方程式         。

现有纯锌片、纯铜片和500 mL 0.1 mol·L^－1的硫酸、导线、1 000 mL量筒。用如下图所示装置利用原电池原理，制备一定量的氢气。

（1）如上图所示，装置气密性良好，且1 000 mL量筒中已充满水，刚开始实验时，根据构成原电池必须满足的条件，首先要进行的操作是                             ；
（2）a的电极材料为            ，作原电池的         极；电子经外电路由           
（①a→b  ②b→a 填序号，下同）
（3）b极上发生的电极反应为_________，反应时a极附近SO₄^2-浓度          （填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“始终不变”）；
（4）假设反应过程中溶液体积不变，当硫酸浓度降低一半时，通过导线的电子的物质的量为         ，量筒中收集的气体体积最接近      mL

A．400

B．500

C．600

D．700

（原创）化学反应原理在生产和科研中有着重要的应用，请利用相关知识回答下列问题。
（1）一定条件下在密闭容器中加入NH₄I发生反应：
a.NH₄I(s) NH₃(g)+HI(g)
b.2HI(g) H₂(g)+I₂(g)
则反应a的平衡常数表达式为_______；达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向_______(填正向、逆向或不移动)
（2）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄△H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是_____________

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小

C．若反应在一绝热容器中进行，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：(正)> (逆)

（3）利用反应6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为______极，其电极反应式为________________
②当有2.24 L NO₂(标准状况下)被处理时，转移电子为____________mol
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用_______（选填“阳”或“阴”）离子交换膜。
（4）使用硼氢化钠(NaBH₄)为诱导剂，可使Co²⁺与肼(N₂H₄)在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
①写出该反应的离子方程式______________________________。
②在纳米钴的催化作用下，肼(N₂H₄)可分解生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有_________________________________ (任写一种)。

雾霾由多种污染物形成，其中包含颗粒物（包括PM2.5在内）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等。化学在解决雾霾污染中有着重要的作用。
（1）已知：2SO₂(g）+O₂(g）2SO₃(g）     ΔH=－196.6 kJ·mol^－1
2NO(g）+O₂(g）2NO₂(g）    ΔH=－113.0 kJ·mol^－1
则反应NO₂(g）+SO₂(g）SO₃(g）+NO(g）    ΔH=_________kJ·mol^－1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1︰2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的有_______________。
a．体系密度保持不变            
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₂和NO的体积比保持不变  
d．每消耗1 mol SO₃的同时生成1 mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1︰5，则平衡常数K＝_______。
（2）CO、CO₂都可用于合成甲醇。
①CO用于合成甲醇反应方程式为：CO(g）+2H₂(g）CH₃OH(g）
CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是_________________________________________。

②CO₂用于合成甲醇反应方程式为：CO₂(g）+3H₂(g）CH₃OH(g）+H₂O(g）
下图是科学家现正研发的，以实现上述反应在常温常压下进行的装置。写出甲槽的电极反应____________。

（3）下图是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。

①该脱硝原理中，NO最终转化为H₂O和_________（填化学式）。
②当消耗2 mol NH₃和0.5 molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为__________L。
（4）NO直接催化分解（生成N₂和O₂）也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图所示，写出NO分解的化学方程式_______________________________。

碱性硼化钒（VB₂）—空气电池工作时反应为：4VB₂ + 11O₂ = 4B₂O₃ + 2V₂O₅。用该电池为电源，选用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过0.04mol电子时，B装置内共收集到0.448L气体（标准状况），则下列说法正确的是

A．VB2电极发生的电极反应为：2VB2 + 11H2O - 22e^- = V2O5 + 2B2O3 + 22H^+

B．外电路中电子由c电极流向VB2电极

C．电解过程中，c电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生

D．若B装置内的液体体积为100 mL，则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.05 mol/L

(14分)砷（As）广泛分布于自然界，其原子结构示意图是。
（1）砷位于元素周期表中     族，其气态氢化物的稳定性比NH₃      （填“强”或“弱”）。
（2）砷的常见氧化物有As₂O₃和As₂O₅，其中As₂O₅热稳定性差。根据下图写出As₂O₅分解为As₂O₃的热化学方程式：                             。

（3）砷酸盐可发生如下反应：AsO₄^3-＋2I^﹣＋2H⁺ AsO₃^3-＋I₂＋H₂O。下图装置中，C₁、C₂是石墨电极。

①A中盛有棕色的KI和I₂的混合溶液，B中盛有无色的Na₃AsO₄和Na₃AsO₃的混合溶液，当连接开关K，并向B中滴加浓盐酸时发现灵敏电流计G的指针向右偏转。此时C₂上发生的电极反应是          。
②一段时间后，当电流计指针回到中间“0”位时，再向B中滴加过量浓NaOH溶液，可观察到电流计指针______（填“不动”、“向左偏”或“向右偏”）。
（4）利用（3）中反应可测定含As₂O₃和As₂O₅的试样中的各组分含量（所含杂质对测定无影响），过程如下：
①将试样溶于NaOH溶液，得到含AsO₄^3-和AsO₃^3-的混合溶液。
As₂O₅与NaOH溶液反应的离子方程式是                      。
②上述混合液用0.02500 mol·L^-1的I₂溶液滴定，消耗I₂溶液20.00 mL。滴定完毕后，使溶液呈酸性，加入过量的KI，析出的I₂又用0.1000 mol·L^-1的Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗Na₂S₂O₃溶液30.00 mL。（已知2Na₂S₂O₃＋I₂＝Na₂S₄O₆＋2NaI）试样中As₂O₅的质量是      g。

空气中CO₂含量偏高会产生温室效应，也会对人体健康造成影响；CO₂的用途广泛，合理使用则可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。
（1）一定条件下CO₂可制得Na₂CO₃、NaHCO₃等。
①等物质的量浓度的Na₂CO₃、NaHCO₃溶液，碱性前者    后者（填“>”“<”或“=”）。
②有下列五种物质的量浓度均为0.1mol/L的电解质溶液，将其稀释相同倍数时，其中pH变化最大的是  （填字母编号）。

A．Na2CO3

B．NaHCO3

C．NaAlO2

D．CH3COONa

E．NaOH
（2）已知反应Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g) ΔH＝a kJ/mol，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(℃)	300	500	700
K	3.00	3.47	4.40

上述反应中a_______0（填“>”、“<”或“=”)；在2L密闭容器中300℃下进行反应，若Fe和CO₂的起始量均为4 mol，当达到平衡时CO₂的转化率为________。
（3）目前工业上可以用CO₂和H₂在230℃、催化剂条件下反应生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图为恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂反应转化率达80%时的能量变化示意图。则该反应的热化学方程式为          。

（4）人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O制备化学原料。下图是制备HCOOH的示意图，根据要求回答问题：

①催化剂b表面的电极反应式为          。
②经测定，若每分钟通过质子交换膜的H⁺的物质
的量为40mol，则每小时可产生O₂     Kg。

酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，，和等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：
溶解度/（/100水）

化合物
近似值	10^-17	10^-17	10^-39

回答下列问题：
（1）该电池的正极反应式为，电池反应的离子方程式为               
（2）维持电流强度为0.5，电池工作五分钟，理论上消耗。（已经＝96500）
（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有和，二者可通过分离回收；滤渣的主要成分是、和，欲从中得到较纯的，最简便的方法是，其原理是。
（4）用废电池的锌皮制备的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和溶解，铁变为，加碱调节至为时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10^-5时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至为时，锌开始沉淀（假定浓度为0.1）。若上述过程不加后果是，原因是。

磷酸铁锂动力电池（LiFePO₄电池）的内部结构如图所示。中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，锂离子可以通过而电子不能通过。
该电池的总反应式为：Li_1-xFePO₄+ Li_xC₆="=" C₆ + LiFePO₄

（1）磷酸铁锂电池放电时，正极反应式为        。
（2）若用该电池电解精炼铜，阴极质量增重19.2g时，则电池中通过聚合物隔膜的Li ⁺数目为       。
（3）以该电池为电源，用Fe₂O₃为阳极，石墨为阴极，NaOH溶液为电解质溶液制备高铁酸钠（Na₂FeO₄），写出阳极的电极反应式             。
（4）学生在实验时若被白磷（以P表示）灼伤，可用硫酸铜溶液涂抹伤处，有铜和H₃PO₄生成，写出此反应的化学方程式   。
（5）一般来说，如果一个反应的平衡常数大于10⁵,通常认为反应进行得较完全；相反，如果一个反应的平衡常数小于10^－5，则认为这个反应很难进行。已知常温下各物质的溶度积及电离平衡常数：
CuS：K_sp=8.4×10^－36mol²·L^－2；H₂S：K_a1=1.2×10^－7mol·L^－1，K_a2=7×10^－15mol·L^－1
①通过计算说明反应CuS(s)＋2H^＋Cu^2＋＋H₂S进行的程度                。
②常温下，NaHS溶液呈碱性，此溶液中离子浓度由小到大的顺序是            。若向此溶液中加入硫酸铜溶液，恰好完全反应，所得溶液pH       7（填“＞”“＜”或“﹦”），其原因是           （用离子方程式表示）。

碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题。
（1）消除汽车尾气中的NO、CO，有利于减少PM2.5的排放。已知如下信息：
I．
II．N₂(g)+ O₂(g) 2NO(g)    ΔH₁
2CO(g) + O₂(g) 2CO₂ (g)     ΔH₂=" -565" kJ·mol^-1
①ΔH₁=          。
②在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体，写出反应的热化学方程式               。
（2）电化学气敏传感器法测定汽车尾气。其中CO传感器的工作原理如图所示，则工作电极的反应式为
（3）工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO₃^2-)较小的是     ，用文字和化学用语解释原因       。

（4）T℃时，在 2L恒容密闭容器中，加入Fe3O4、CO各1.0 mol ，10 min反应达到平衡时，容器中CO₂的浓度是0.4 mol /L。
①能证明该反应达到化学平衡的是        （选填字母）。
a．容器内压强不再变化            b．容器内CO、CO₂物质的量比为1 : 1
c．容器内气体的质量不再变化      d．生成CO₂的速率与消耗CO的速率相等
②l0 min内，反应的平均反应速率v (CO2)=            。
③T℃时，该反应的平衡常数K=       。

(18分)化学反应原理在生产和科研中有着重要的应用，请利用相关知识回答下列问题。
（1）一定条件下在密闭容器中加入NH₄I发生反应：

则反应a的平衡常数表达式为_________；达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向_______(填正向、逆向或不移动)
（2）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄∆H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比，增大，减小

C．若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：(正)> (逆)

（3）利用反应构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为__________极，其电极反应式为_________________。
②当有2.24LNO₂(标准状况下)被处理时，转移电子为____________mol。
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用____________交换膜。
（4）使用硼氢化钠(NaBH₄)为诱导剂，可使Co²⁺与肼(N₂H₄)在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
①写出该反应的离子方程式_______________________。
②在纳米钴的催化作用下，肼(N₂H₄)可分解生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有____________(任写一种)。

高铁酸钾(K₂FeO₄)是一种绿色氧化剂，在许多领域展现出广阔的应用前景。
（1）湿法制备K₂FeO₄:在KOH溶液中，用KClO直接氧化Fe(NO₃)₃即可制得K₂FeO₄。该反应的离子方程式为_________________________________。
（2）测定K₂FeO₄:样品纯度：i．称取样品mg，加入到盛有过量碱性亚铬酸钠[NaCr(OH)₄]溶液的锥形瓶中充分反应；ii．将所得铬酸钠(Na₂CrO₄)溶液酸化；iii.在所得Na₂Cr₂O₇溶液中加入8—9滴二苯胺磺酸钠溶液作指示剂，用c  mol·L^-1(NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液滴定至终点，消耗溶液体积为V mL。整个过程中发生的反应如下：
ⅰ._Cr(OH)₄^-+_FeO₄^2- +__=__Fe(OH)₃(H₂O)₃↓+__CrO₄^2-+__
ⅱ.2CrO₄^2- + 2H⁺=Cr₂O₇^2- + H₂O；
ⅲ.Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O
①配平方程式i；
②利用上述数据计算该样品的纯度为________________（用含字母的代数式表示）。
（3）高铁酸盐在水溶液中有四种含铁形体。25℃时，它们的物质的量分数随pH的变化如图所示：

①pH=2.2时，溶液中主要含铁形体浓度的大小关系为________；为获得尽可能纯净的高铁酸盐，pH应控制在______________。
②已知H₃FeO₄^＋的电离常数分别为：
当PH=4时，溶液中=___________。
③向pH=6的高铁酸盐溶液中加入KOH溶液，发生反应的离子方程式为______________。
（4）某新型电池以金属锂为负极，K₂FeO₄为正极，溶有LiPF₆的有机溶剂为电解质。工作时Li^＋通过电解质迁移入K₂FeO₄晶体中，生成K₂Li₂FeO₄。该电池的正极反应式为______________.

有A、B、C、D四种短周期主族元素，其原子序数依次增大。A、B可形成A₂B和A₂B₂两种共价化合物，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃两种化合物。完成下列问题。
（1）C的名称为________
（2）写出表示非金属性C＜D的化学方程式（任一个）：________             。
（3）金属元素E是中学化学常见元素，位于元素周期表的第四周期。该元素可与D形成ED₂和ED₃两种化合物。将E的单质浸入ED₃溶液中，溶液由黄色逐渐变为浅绿色，该反应的离子方程式为___________。
（4）请依据（4）中的反应，设计一个原电池。要求：画出实验装置图，注明电解质溶液名称、正负极及正负极材料，并标出电子移动方向，写出负极反应式。

负极反应式：____________________。

分别按下图甲、乙所示装置进行实验，图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，乙中G为电流计。请回答下列问题：

（1）以下叙述中，正确的是__________。

A．甲中锌片是负极，乙中铜片是正极

B．两烧杯中铜片表面均有气泡产生

C．两烧杯中溶液pH均增大

D．产生气泡的速度甲中比乙中慢

E．乙的外电路中电流方向Zn→Cu
（2）变化过程中能量转化的形式主要是：甲为__________；乙为__________。
（3）在乙实验中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，而且在锌片上也产生了气体，分析原因可能是__________。
（4）在乙实验中，如果把硫酸换成硫酸铜溶液，请写出铜电极的电极反应方程式_________________

I（1）某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。

实验中发现反应后（a）中温度升高，由此可以判断（a）中反应是__________热反应；（b）中温度降低， 根据能量守恒定律，（b）中反应物的总能量应该__________其生成物的总能量。
（2）下列反应：①氢氧化钠与硫酸，②一氧化碳与氧气，③八水合氢氧化钡与氯化铵，④金属铜与硝酸银。其中（用序号填空）：
能设计成原电池的反应是____________________________________________。
II（1）有下列几种物质
A．金刚石和石墨   
B．C₂H₆和C₅H₁₂   
C．C₂H₄和C₂H₆
D．CH₃CH₂CH₂CH₃和CH₃CH（CH₃）₂   
E．³⁵Cl和³⁷Cl
属于同分异构体的是________；属于同素异形体的是________；属于同系物的是________；属于同位素的是________。
（2）两种粒子的核外电子排布相同，核电荷数不同，则它们可能是（   ）
A．两种不同元素的原子        B．一定是两种不同的离子
C．同一元素的原子和离子      D．两种不同元素的原子和离子
III:（1）C₇H₁₆名称        
（2）指出下列反应的类型
乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色：_________________
（3）写出反应的化学方程式：三氯甲烷与氯气在光照下反应_________________