高中化学验证原电池的效果简答题

据图回答下列问题：

Ⅰ、（1)若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象是___________________
负极反应式为：______________________________。
（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为________(填Mg或Al)，总反应化学方程式为____________________________________。
Ⅱ、由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其正极的电极反应式为______________。
Ⅲ、中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇（CH₄OH）燃料电池的工作原理如下图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为_______，c口通入的物质为______。
②该电池正极的电极反应式为：_______

短周期主族元素A，B，C，D，E，F的原子序数依次增大，它们的原子核外电子层数之和为13。B的化合物种类繁多，数目庞大；C，D是空气中含量最多的两种元素，D，E两种元素的单质反应可以生成两种不同的离子化合物；F为同周期半径最小的元素。试回答以下问题：
（一）（1）D在周期表中的位置是        ，写出实验室制备单质F的离子方程式           。
（2）化学组成为BDF₂的电子式为：       ，A、C、F三种元素形成的化合物CA₄F为         化合物(填 “离子”或“共价”)。
（3）化合物甲、乙由A，B，D，E中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性。则甲、乙反应的离子方程式为：                               。
（4）由C，D，E，F形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是           (用元素离子符号表示)。
（5）元素B和F的非金属性强弱，B的非金属性         于F(填“强”或“弱”)，并用化学方程式证明上述结论                                                    。
（二）以CA₃代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点。
（1）CA₃燃料电池使用的电解质溶液是2mol•L^﹣1的KOH溶液，电池反应为：4 CA₃+3O₂=2C₂+6H₂O．该电池负极的电极反应式为         ；每消耗3.4g CA₃转移的电子数目为       。
（2）用CA₃燃料电池电解CuSO₄溶液，如图所示，A、B均为铂电极，通电一段时间后，在A电极上有红色固体析出，则B电极上发生的电极反应式为       ；此时向所得溶液中加入8gCuO固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度，则电解过程中收集到的气体在标准状况下体积为         L。

（3）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO₃中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

图1                     图2
0～t₁时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是     ，溶液中的H^＋向      极移动（填“正”或“负”），t₁时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是            。

金属及其化合物在国民经济发展中起着重要作用。
（1）工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu₂O+ Cu₂S=6Cu+SO₂
该反应的氧化剂是_________,当生成19.2gCu时，反应中转移的电子为_____mol。铜在潮湿的空气中能发生吸氧腐蚀而生成（碱式碳酸同）。该过程负极的电极反应式_______________。
（2）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（分别作为两个电极的反应物，固体陶瓷（可传导）为电解质，其原理如图所示：

①根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在_______。

②放电时，电极A为____极，S发生_______反应。
③放电时，内电路中的的移动方向为_______（填“从A到B”或“从B到A”）。
④充电时，总反应为Na所在电极与直流电源_______极相连，阳极的电极反应式为________.

工业上硫酸锰铵[（NH₄）₂Mn（SO₄）₂]可用于木材防火涂料等。其制备工艺如下：  
已知步骤Ⅰ反应：H₂C₂O₄（aq） +H₂SO₄（aq） +MnO₂（s） MnSO₄（aq）+2CO₂（g）+2H₂O（1） △H
（1）在步骤I的反应中，氧化剂是               。
（2）步骤Ⅱ中趁热过滤前需向MnSO₄溶液中加入少量热水，其目的是____；步骤III所得（NH₄）₂Mn（SO₄）₂：晶体需用酒精溶液洗涤，洗去的主要杂质离子有____          。
（3）下列操作有利于提高产品产率的是____（填序号）。

A．慢慢分次加入二氧化锰	B．趁热过滤
C．冰水浴充分冷却	D．用水代替酒精溶液洗涤

（4）一定条件下，在步骤I的水溶液中l mol MnO₂完全反应相相对能量变化如图。则△H=____；催化剂是否参加化学反应？      （填“是”或“否”或“不确定”）。

（5）碱性干电池中含大量MnO₂可以回收利用，该电池工作时的正极反应式为____        ；若从干电池中回收87 kg MnO₂，理论上可以获得（NH₄）₂Mn（ S0₄）₂         _kg。

I．Li-Al／FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为，则该电池的总反应式为_____________________。
Ⅱ．锂一黄铁矿高容量电池，由于其污染小、成本低、电容量大、黄铁矿储备丰富而有望取代目前市场的碱性电池。制取高纯度黄铁矿的工艺流程如下：

（1）已知：，为得到较纯的FeS沉淀，最好在FeCl₂溶液中加入的试剂为_________（填序号）
A.(NH₄）₂S      B.CuS       C.H₂S      D.Na₂S
（2）关于白铁矿与黄铁矿下列判断错误的是_____________（填序号）
A.属于同素异形体
B．因为晶体结构不同而导致性质有差别
C．黄铁矿比白铁矿更稳定
（3）反应Ⅲ制取 S₂^2－时，溶液必须保持为碱性，除了S^2－ 与酸反应外，还有更重要的原因是（用离子方程式表示）___________________________.
（4）室温下，Li/FeS₂二次电池所用的电解质是非水液体电解质，放电行为与温度有关。
①该电池电解质为非水液体电解质，原因是____________________________________.
②温度低时，锂与FeS₂反应只生成A物质，产生第一次放电行为；温度升高，锂与A继续反应（产物之一为Fe），产生第二次放电行为。若二次行为均进行完全且放电量恰好相等。请写出化学反应方程式：
第一次放电：__________________；第二次放电：__________________________。
（5）制取高纯度黄铁矿的另一种方法是：以LiCl- KC1低共熔点混合物为电解质，FeS为阳极，Al为阴极，在适当的电压下电解。写出阳极反应式___________________________。

本题分为选做题(a)、(b)两道平行题，分值一样，可根据高一课程学习情况选择其中一道题完成作答，若二道题均作答，则按(a)题给分。
(a)有H、N、O、Na、Cl五种短周期主族元素。
（1）写出氯离子的原子结构示意图________，写出水分子的电子式________。
（2）NH₄NO₃是_______化合物（填“离子”或“共价”）。
（3）氯气是有毒气体，写出用饱和氢氧化钠溶液吸收氯气的离子方程式：_____________。
（4）金属元素铁是中学化学常见元素，将铁单质浸入氯化铁溶液中，该反应的离子方程式为__________。
（5）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，写出电极反应式。

正极反应式：___________________，负极反应式：___________________。

(15分)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KC10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－＋6Fe^2＋＋14H^＋=2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋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：

i．pH=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______________。
ii.已知H₃FeO₄^＋ 的电离常数分别为：K₁=2.51×10^－2，K₂=4.16×10^－4，K₃=5.01×10^－8，当pH=4时，溶液中 =       。
iii．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^＋通过电解质迁移人K₂FeO₄晶体中，生成K₂Li₂FeO₄。该电池的正极反应式为______________．

钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下：

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：
请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有___________。
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是        （写化学式）。
（3）反应④的离子方程式为                    。
（4）25℃、101 kPa时，4Al(s)＋3O₂(g)==2Al₂O₃(s)  ΔH₁＝-a kJ/mol
4V(s)＋5O₂(g)==2V₂O₅(s)   ΔH₂＝-b kJ/mol
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是         。
（5）钒液流电池（如图所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为      ，电池充电时阳极的电极反应式是    。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2VO₂⁺＋H₂C₂O₄＋2H⁺===2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25.00 mL 0.1000 mol/L H₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为      g/L。

I.下图为相互串联的三个装置，试回答：

（1）若利用乙池在铁片上镀银，则B是_________（填电极材料），电极反应式是_________；应选用的电解质溶液是_____________。
（2）若利用乙池进行粗铜的电解精炼，则________极（填“A”或“B”）是粗铜，若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_____________________。
（3）丙池滴入少量酚酞试液，电解一段时间___________（填“C”或“Fe”）极附近呈红色。
（4）写出甲池负极的电极反应式：________________________________。若甲池消耗3.2gCH₃OH气体，则丙池中阳极上放出的气体物质的量为______________。
II.（5）请利用反应Fe +2Fe³⁺= 3Fe²⁺设计原电池。
设计要求：①该装置尽可能提高化学能转化为电能的效率；
②材料及电解质溶液自选，在图中做必要标注；
③画出电子的转移方向。

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，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，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/（g/100g水）

化合物	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp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0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zn        g。（已经F＝96500C/mol）
（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl₂和NH₄Cl，二者可通过           __  分离回收；滤渣的主要成分是MnO₂、_      __      __和                          ，欲从中得到较纯的MnO₂，最简便的方法是                                  ，其原理是                                             。
（4）用废电池的锌皮制备ZnSO₄·7H₂O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，铁变为_                   ____，加碱调节至pH为                           时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10^-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为     _时，锌开始沉淀（假定Zn^2＋浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H₂O₂后果是                             ，原因是                                                                                                                                  。

环境保护是现代的世界性课题，人类已在多方面取得了突破性进展。
（1）连续自动监测氮氧化物（NO_x）的仪器——动态库仑仪已获得实际应用。它的工作原理如下图所示。NiO电极上NO发生的电极反应式为                          。

（2）使用稀土催化剂有效消除汽车尾气中的NO_x、碳氢化合物也已逐渐成为成熟技术。压缩天然气汽车利用这一技术将NO_x、CH₄转化成无毒物质，相关反应为：
①CH₄（g）＋4NO₂（g）  4NO（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）   △H₁＜0
②CH₄（g）＋4NO（g） 2N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）      △H₂＜0
③CH₄（g） ＋2NO₂（g） N₂（g） ＋CO₂（g） ＋2H₂O（g）   △H₃
则△H₃＝            （用△H₁和△H₂表示）。
（3）实验室在恒压下，将CH₄（g）和NO₂（g）置于密闭容器中发生反应③，测得在不同温度、不同投料比时，NO₂的平衡转化率如下表：

投料比[n（NO2） / n（CH4）]	400 K	500 K	600 K
1	60%	43%	28%
2	45%	33%	20%

①在NO₂与CH₄反应时，可提高NO₂转化率的措施有          （填编号）。
A．增加催化剂的表面积
B．改用高效催化剂  
C．降低温度
D．增大压强   
E．分离出H₂O（g）   
F．减小[n（NO₂）/n（CH₄）]
②400K时，将投料比为1的NO₂和CH₄的混合气体共0.40mol，充入容 积为2L的装有催化剂的密闭容器中，反应经过5min达到平衡，试计算反应在该温度时的平衡常数。（写出计算过程，计算结果保留三位有效数字）
③若温度不变，在反应进行到10min时将容器的容积快速压缩为1L，请在答题卷表格中画出0min～15min内，容器中CO₂物质的量浓度c随时间变化的曲线图。

（4）SNCR是一种新型的烟气脱氮环保技术。在有氧条件下，其脱氮原理是：
NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）4N₂（g）+6H₂O（g）  △H= -1627.2kJ·mol^-1
NO和NH₃在Ag₂O催化剂表面的反应随温度的变化曲线如右图所示。图中曲线表明，随着反应温度的升高，在有氧的条件下NO的转化率有一明显的下降过程，其原因可能是（回答两条）：     。

某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂（LiCoO₂）的正极粉均匀涂覆在铝箔上制成的，可以再生利用。某校研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴。

（1）25℃时，用图1所示装置进行电解，有一定量的钴以Co²⁺的形式从正极粉中浸出，且两极均有气泡产生，一段时间后正极粉与铝箔剥离。
①阴极的电极反应式为：LiCoO₂ + 4H⁺ + e^- ="==" Li⁺ + Co²⁺ + 2H₂O 、         。
阳极的电极反应式为         。
②该研究小组发现硫酸浓度对钴的浸出率有较大影响，一定条件下，测得其变化曲线如图2所示。当c(H₂SO₄) > 0.4 mol·L^-1时，钴的浸出率下降，其原因可能为         。
（2）电解完成后得到含Co²⁺的浸出液，且有少量正极粉沉积在电解槽底部。用以下步骤继续回收钴。

①写出“酸浸”过程中正极粉发生反应的化学方程式         。该步骤一般在80℃以下进行，温度不能太高的原因是         。
②已知(NH₄)₂C₂O₄溶液呈弱酸性，下列关系中正确的是         （填字母序号）。
a.c (NH₄⁺)> c(C₂O₄^2-)>c (H⁺)>c (OH^-)
b.c (H⁺) +c (NH₄⁺) ="c" (OH^-) + c(HC₂O₄^-)+c(C₂O₄^2-)
c.c (NH₄⁺)+ c (NH₃•H₂O) = 2[c(C₂O₄^2-) + c(HC₂O₄^-) + c(H₂C₂O₄)]
（3）已知所用锂离子电池的正极材料为x g，其中LiCoO₂（M =" 98" g·mol^-1）的质量分数为a%，则回收后得到CoC₂O₄•2H₂O （M =" 183" g·mol^-1）的质量不高于         g。

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。

氯化亚铜（CuCl）是一种白色固体，微溶于水，不溶于酒精。研究该物质的应用新领域、生产新方法及生产过程中的环保新措施都具有重要意义。
（1）镁—氯化亚铜海水电池，可用于鱼雷上。该电池被海水激活时，正极导电能力增强，同时产生气泡，则正极上被还原的物质有      、      （填化学式）。
（2）工业上以铜作催化剂，氯代甲烷和硅粉反应合成甲基氯硅烷的过程中产生大量废渣（主要成分为硅粉、铜、碳等）。某课外小组以该废渣为原料制CuCl，流程示意图如下：

回答下列问题：
①氯代甲烷有4种，其中属于重要工业溶剂的是            （写出化学式）。
②“还原”阶段，SO₃^2－将Cu^2＋还原得[CuCl₂]^－，完成下列离子方程式。
Cu^2＋+Cl^－+SO₃^2－+     ＝[CuCl₂]^－+     +    
③在稀释过程中存在下列两个平衡：
ⅰ.[CuCl₂]^－CuCl＋Cl^－    K＝2.32
ⅱ.CuCl(s)Cu⁺(aq)＋Cl^－   K_sp＝1.2×10^－6
当[CuCl₂]^－完成转化时（c([CuCl₂]^－)≤1.0×10^－5 mol·L^－1），溶液中c(Cu^＋)≥    。
④获得CuCl晶体需经过滤、洗涤、干燥。洗涤时，常用无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂的优点是     （写一点）。
（3）工业生产CuCl过程中产生浓度为2～3 g·L^－1的含铜废水，对人及环境都有较大的危害，必须进行回收利用。用萃取法富集废水中的铜，过程如下：

①实验室完成步骤ⅰ时，依次在分液漏斗中加入曝气后的废水和有机萃取剂，经振荡并        后，置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先        ，然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
②写出步骤ⅱ的离子方程式：                。

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______________.