高中化学验证原电池的效果填空题

二甲醚(CH₃OCH₃)被称为21世纪的新型能源，它清洁、高效、具有优良的环保性能。
Ⅰ.工业制备二甲醚的生产流程如下：

催化反应室中(压强2.0～10.0 MPa，温度230～280℃)进行下列反应：
CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)ΔH＝－90.7 kJ/mol ①
2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)ΔH＝－23.5 kJ/mol ②
CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)ΔH＝－41.2 kJ/mol ③
(1)甲烷氧化可制得合成气，反应如下：CH₄(g)＋O₂(g) CO(g)＋2H₂(g) ΔH＝－35.6 kJ/mol。该反应是       反应(填“自发”或“非自发”)。
(2)催化反应室中总反应3CO(g)＋3H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)的ΔH＝           。830℃时反应③的K＝1.0，则在催化反应室中反应③的K       1.0(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)上述反应中，可以循环使用的物质有       。
Ⅱ.如图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。b电极是       极。

某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解池原理进行实验探究。
                     
图1                                                                             图2
请回答:
Ⅰ.用图1所示装置进行第一组实验。
(1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代Cu作电极的是　　　(填序号)。 

A．铝

B．石墨

C．银

D．铂

(2)N极发生反应的电极反应为　                 。 
(3)实验过程中,　　　　　　(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动;滤纸上能观察到的现象有　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
Ⅱ.用图2所示装置进行第二组实验。实验过程中,两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资料发现,高铁酸根()在溶液中呈紫红色。
(4)电解过程中,X极区溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
(5)电解过程中,Y极发生的电极反应为Fe-6e^-+8OH^-+4H₂O和　　　　                　　。 
(6)若在X极收集到672 mL气体,在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况下的气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少　　　　　 g。 
(7)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池反应为:
2K₂FeO₄+3ZnFe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂
该电池正极发生的反应的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　。

为了防止或减少机动车尾气和燃煤产生的烟气对空气的污染，人们采取了很多措施。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g) △H＜0，
若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是        （填代号）。
（下图中υ_正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数）

（2）机动车尾气和煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染。已知：
CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g) △H＝－867 kJ/mol      ①
2NO₂(g)N₂O₄(g) ΔH＝－56.9 kJ/mol       ②
H₂O(g) ＝ H₂O(l) ΔH＝－44.0 kJ／mol       ③
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的热化学方程式：                 。
（3）用NH₃催化还原NO_X也可以消除氮氧化物的污染。如图，采用NH₃作还原剂，烟气以一定的流速通过催化剂，通过测量逸出气体中氮氧化物含量，从而可确定烟气脱氮率，反应原理为：NO(g) +NO₂(g)+2NH₃(g)2N₂(g) + 3H₂O(g)。

①该反应的△H     0（填“＞”、“＝”或 “＜”）。
②对于气体反应，用某组分(B)的平衡压强(p_B)代替物质的量浓度(c_B)也可以表示平衡常数（记作K_P），
则上述反应的K_P＝                       。
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理见图，石墨I为电池的       极。  该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应为            。

（5）硝酸工业尾气中氮氧化物（NO和NO₂）可用尿素〔CO(NH₂)₂〕溶液除去。反应生成对大气无污染的气体。1 mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO₂体积比为1︰1）的质量为          g。

研究表明丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源(石油和天然气)到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图。

①写出该反应的热化学方程式：                      。
②能判断该反应达到化学平衡状态的依据是    。
a．容器中压强不变         b．H₂的体积分数不变
c．c(H₂)=3c(CH₃OH)        d．容器中密度不变
e．2个C＝O断裂的同时有6个H－H断裂。
（2）人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O制备化学原料．下图是通过人工光合作用制备HCOOH原理的示意图。根据要求回答问题：

①该过程是将           转化为           。(以上两空选填“电能”“太阳能”“化学能”)
②催化剂b表面的电极反应方程式为                                     。
（3）某国科研人员提出了使用氢气和汽油（汽油化学式用C₈H₁₈表示）混合燃料的方案，以解决汽车CO₂的排放问题。该方案主要利用储氢材料CaH₂产生H₂和用汽油箱贮存汽油供发动机使用，储氢系统又捕集汽油燃烧产生的CO₂，该系统反应如下图所示：

解决如下问题：
①写出CaH₂的电子式                     。
②反应1中氧化剂与还原剂的物质的量之比是：             。
③如该系统反应均进行完全，试写出该系统总反应的化学方程式                。

V、W、X、Y、Z是原子序数依次递减的五种常见元素。X元素是地壳中含量最多的元素，Y、Z组成的气态化合物M的水溶液呈碱性，W的单质在X₂中燃烧产物可使品红溶液褪色，V是一种历史悠久、应用广泛的金属元素。请回答：
（1）Y元素在周期表中的位置是              ；写出X、Z两种元素组成的化合物Z₂X₂的一种用途：                           。
（2）由以上五种元素两两组合所形成的化合物中，有一种物质能与水反应生成气体且反应属于氧化还原反应，请写出该反应的化学方程式                   。
（3）X、Y、Z三种元素可组成一种强酸U，M在适当条件下被U吸收生成一种盐。该盐的水溶液的pH      7（填“大于”、“小于”或“等于”）。原因是（用离子方程式表示）                                                              
（4）若将V金属投入到盐酸中，生成了浅绿色溶液N。N的酸性溶液与双氧水反应的离子方程式：                                                 
（5）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以Y₂、Z₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，试写出该电池的正极电极反应式                 ；放电时溶液中H⁺移向     （填“正”或“负”）极。

LiBH₄为近年来储氢材料领域的研究热点。
（1）反应2LiBH₄=2LiH＋2B＋3H₂↑，生成22.4 L H₂(标准状况)时，转移电子的物质的量为    mol。
（2）下图是2LiBH₄/MgH₂体系放氢焓变示意图，则：
Mg(s)＋2B(s)=MgB₂(s) △H＝        。

（3）采用球磨法制备Al与LiBH₄的复合材料，并对Al－LiBH₄体系与水反应产氢的特性进行下列研究：
①如图为25℃水浴时每克不同配比的Al－LiBH₄复合材料与水反应产生H₂体积随时间变化关系图。由图可知，下列说法正确的是    (填字母)。

a．25℃时，纯铝与水不反应
b．25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气
c．25℃时，Al－LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
②如图为25℃和75℃时，Al－LiBH₄复合材料[ω(LiBH₄)＝25%]与水反应一定时间后产物的X－射线衍射图谱(X－射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。

从图中分析，25℃时Al－LiBH₄复合材料中与水完全反应的物质是           (填化学式)，产生Al(OH)₃的化学方程式为                 。
（4）如图是直接硼氢化钠－过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近溶液的pH        (填“增大”、“减小”或“不变”)，负极的电极反应式为                        。

请回答氯碱工业中的如下问题：
(1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k(质量比)生成的产品。理论上k＝       (要求写出计算表达式和结果)；
(2)原料粗盐中常含有泥沙和Ca^2＋、Mg^2＋、Fe^3＋、SO等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na₂CO₃、②HCl(盐酸)、③BaCl₂，这3种试剂添加的合理顺序是       (填序号)；
(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。

①图中X、Y分别是       、       (填化学式)，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小                                   ；
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应，正极：       ；负极：       ；
③这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)       、       。

NO_x是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)NO_x能形成酸雨，写出NO₂转化为HNO₃的化学方程式：__________________________。
(2)汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：

①写出该反应的热化学方程式：_______________________________。
②随温度升高，该反应化学平衡常数的变化趋势是____。
(3)在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NO_x的排放。
①当尾气中空气不足时，NO_x在催化转化器中被还原成N₂排出。写出NO被CO还原的化学方程式：______________________________
②当尾气中空气过量时，催化转化器中的金属氧化物吸收NO_x生成盐。其吸收能力顺序如下：₁₂MgO＜₂₀CaO＜₃₈SrO＜₅₆BaO。原因是___________________________________________，
元素的金属性逐渐增强，金属氧化物对NO_x的吸收能力逐渐增强。
(4)通过NO_x传感器可监测NO_x的含量，其工作原理示意图如下：

①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)
②写出NiO电极的电极反应式：______________________________________。

甲、乙的实验装置如图所示，丙、丁分别是氯碱工业生产示意图和制备金属钛的示意图。

请回答下列问题：
(1)写出甲装置中碳棒表面的电极反应式：_________________________
(2)已知：5Cl₂＋I₂＋6H₂O=10HCl＋2HIO₃。若将湿润的淀粉KI试纸置于乙装置中的碳棒附近，现象为________________________________；若乙装置中转移0.02 mol电子后停止实验，烧杯中溶液的体积为200 mL，则此时溶液的pH＝________。(室温条件下，且不考虑电解产物的相互反应)
(3)工业上经常用到离子交换膜，离子交换膜有阳离子交换膜和阴离子交换膜两种，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。当乙装置中的反应用于工业生产时，为了阻止两极产物之间的反应，通常用如丙图所示的装置，Na^＋的移动方向如图中标注，则H₂的出口是________(填“C”、“D”、“E”或“F”)；________(填“能”或“不能”)将阳离子交换膜换成阴离子交换膜。
(4)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaO作电解质，利用丁装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。
①写出阳极的电极反应式：_____________________________________。
②在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是(请结合化学用语解释)____________________________________ __。
③电解过程中需定期更换阳极材料的原因是
___________________ __________________________________________

某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题。

(1)若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应式为________________。
(2)若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为________，总反应的离子方程式为__________________________。
有关上述实验，下列说法正确的是(填序号)________________。
①溶液中Na^＋向A极移动　②从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝　③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度　④若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子
(3)该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应式为________________。此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)________导出。
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因
______________________________________________________________。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为________________。

甲烷作为一种新能源在化学领域应用广泛，请回答下列问题：
(1)高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气(CO和H₂)还原氧化铁，有关反应为：CH₄(g)＋CO₂(g)=2CO(g)＋2H₂(g)　ΔH＝260 kJ·mol^－1
已知：2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)　ΔH＝－566 kJ·mol^－1
则CH₄与O₂反应生成CO和H₂的热化学方程式为_____________________；
(2)如下图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。

①a处应通入________(填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式是________；
②电镀结束后，装置Ⅰ中溶液的pH________(填写“变大”“变小”或“不变”，下同)，装置Ⅱ中Cu^2＋的物质的量浓度________；
③电镀结束后，装置Ⅰ溶液中的阴离子除了OH^－以外还含有________(忽略水解)；
④在此过程中若完全反应，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷________L(标准状况下)。

（1）已知：O₂ (g)= O₂^＋ (g)+e^－ △H₁=" +1175.7" kJ·mol^－1
PtF₆(g)+ e^－= PtF₆^－(g)    △H₂=" -" 771.1 kJ·mol^－1
O₂+PtF₆^－(s)=O₂⁺(g)+PtF₆^－ (g)  △H₃="+482.2" kJ·mol^－1
则反应：O₂（g）+ PtF₆ (g) = O₂+PtF₆(s)的△H="_____" kJ·mol^-1。
如图为合成氨反应在使用相同的催化剂，不同温度和压强条件下进行反 应，初始时N₂和H₂的体积比为1:3时的平衡混合物中氨的体积分数：

① 在一定的温度下，向体积不变的密闭容器中充入氮气和氢气发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是       。
a．体系的压强保持不变        b．混合气体的密度保持不变
c．N₂和H₂的体积比为1:3      d．混合气体的平均摩尔质量不变
②分别用v_A（NH₃）和v_B（NH₃）表示从反应开始到平衡状态A、B时的反应速率，则v_A（NH₃）    v_B（NH₃）（填“>”、“<”或“=”），该反应的的平衡常数k_A     k_B（填“>”、“<”或“=”），在250 ℃、1.0×10⁴kPa下达到平衡，H₂的转化率为     %（计算结果保留小数点后一位）；
（3）25℃时，将a mol NH₄NO₃溶于水，溶液呈酸性，原因                                   （用离子方程式表示）。向该溶液中加入bL氨水后溶液呈中性，则所加氨水的浓度为          mol/L（用含a、b的代数式表示，NH₃·H₂O的电离平衡常数为K_b=2×10^-5）
（4）如图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。电镀一段时间后，装置Ⅰ中溶液的pH      （填“变大”、“变小”或“不变”），a极电极反应方程式为                 ；若电镀结束后，发现装置Ⅱ中阴极质量变化了25.6g（溶液中硫酸铜有剩余），则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷     L（标准状况下）。

明矾石经处理后得到明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O]。从明矾制备Al、K₂SO₄、和H₂SO₄的工艺过程如下所示：

焙烧明矾的化学方程式为：4KAl(SO₄)₂·12H₂O + 3S = 2K₂SO₄ + 2Al₂O₃ + 9SO₂ + 48H₂O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，还原剂是       。
（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是       。
（3）Al₂O₃在一定条件下可制得AlN，其晶体结构如图所示，该晶体中Al的配位数是       。

（4）以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)₂，该电池反应的化学方程式是       。
（5）焙烧产生的SO₂可用于制硫酸。已知25℃、101kPa时：
2SO₂（g）+ O₂（g）2SO₃（g）          △H₁ = －197 kJ /mol；
H₂O（g）H₂O（l）                   △H₂ = －44 kJ/mol；
2SO₂（g）+ O₂（g）+ 2H₂O（g）=2H₂SO₄（aq） △H₃ = －545 kJ/mol。
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是           。
焙烧948 t明矾（M =" 474" g/mol），若SO₂的利用率为96%，可产生质量分数为98%的硫酸     t。

【化学——选修2化学与技术】
由Ca₃(PO₄)₂、SiO₂、焦炭等为原料生产硅胶（SiO₂·nH₂O）、磷、磷酸及CH₃OH，下列工艺过程原料综合利用率高，废弃物少。

（1）上述反应中，属于置换反应的是     [选填：（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）、（Ⅴ）]
（2）高温下进行的反应Ⅱ的化学方程式为：                 　　；
固体废弃物CaSiO₃可用于 　　                       　　。
（3）反应Ⅲ需在隔绝氧气和无水条件下进行，其原因是                。
（4）CH₃OH可用作燃料电池的燃料，在强酸性介质中，负极的电极反应式为        。
（5）指出（VI）这一环节在工业生产上的意义  　　          　　
（6）写出由P→H₃PO₄有关反应式
① 　　                       　　
② 　　                       　　

下表为元素周期表的一部分，请参照元素①~⑧在表中的位置，用化学用语回答下列问题：

周期	ⅠA		0
1	①	ⅡA	ⅢA	ⅣA	ⅤA	ⅥA	ⅦA
2				②	③	④
3	⑤		⑥			⑦	⑧

 
（1）请画出元素⑥的离子结构示意图：             。
（2）元素⑦中质子数和中子数相等的同位素符号是：       。
（3）④、⑤、⑦的离子半径由大到小的顺序为：         。
（4）②的最高价氧化物对应水化物的电离方程式为：               。
（5）④、⑤两种元素的原子按1:1组成的常见化合物的电子式为：         。
（6）由表中两种元素形成的5核10电子分子常做燃料电池的燃料，该电池在碱性条件下的负极反应式为：       。
（7）由表中两种元素形成的氢化物A和B都含有18个电子，A是一种6原子分子，可做火箭发动机燃料；B是一种常见强氧化剂。已知16g液态A与液态B充分反应生成一种液态10电子分子和一种气态单质，并放出838kJ热量，写出A与B反应的热化学方程式：                     。