高三化学原电池原理复习试题(含答案和解释)

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高三化学原电池原理复习试题(含答案和解释)

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章 来源莲山课件 ww w.
5 Y k j.CoM

原电池原理复习试题
1、氨气在科研、生产中有广泛应用。
               
(1)在三个1L的恒容密闭容器中,分别加入0.1mol N2和0.3mol H2发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)ΔH1<0,实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中c(N2)随时间(t)的变化如图所示(T表示温度)。
①实验Ⅲ在前10分钟内N2平均反应速率v(N2)=                         ;(写出计算过程)
②与实验Ⅱ相比,实验Ⅰ、实验Ⅲ分别采用的实验条件可能为             、                  。
(2)常温下NH4+(aq)+H2O(l) NH3•H2O(aq)+H+(aq)的化学平衡常数为5.55×10-10 mol·L-1,则NH3•H2O的电离平衡常数K=                      (保留三位有效数字)。
(3)常温下,将1mL pH均为11的氨水与NaOH溶液分别加水稀释,请在右图中画出两溶液的pH随体积稀释倍数的变化曲线(加必要标注)。
(4)工业上用NH3消除NO污染。在一定条件下,已知每还原1molNO,放出热量120kJ,请完成下列热化学方程式:   NO(g)+ NH3(g)= N2(g)+       (g) ΔH2=                  。
答案
(1)①v(N2)=" Δ" c (N2) /Δt="(0.10-0.06" )mol·L-1/10min=0.004(或4×10-3) mol·L-1·min-1(代数式1分,结果表达1分,带单位运算1分。共3分) ②升高温度、使用催化剂(各2分,共4分)
(2)1.80×10-5mol·L-1(2分,无单位扣1分)。
(3)(见右图)(2分)
 
(4)6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(g) (2分)ΔH2=-720 kJ/mo1。(2分,没负号扣1分)
或者3NO(g)+2NH3(g)=5/2N2(g)+3H2O(g)  ΔH2=-360 kJ/mo1

试题分析: (1)①从图像可以看出10分钟内氮气的变化量,因此反应速率v(N2)=Δ c (N2) /Δt="(0.10-0.06" )mol·L-1/10min=0.004(或4×10-3) mol·L-1·min-1 ;
②与实验II相比,曲线I更快达到平衡,但氮气的平衡转化率要低,而该反应是吸热反应,因此改变的条件应该是升高了反应的温度;与实验II相比,曲线III反应速率也更快达到平衡,但是平衡转化率不同,因此改变的条件应该是加入了催化剂。
(2)已知的反应式为NH4+ 的水解平衡式,该反应式可以由水的电力平衡式和氨水的电离平衡式结合而得,因此现在要求氨水的电离平衡,只要用水的电力平衡式H2O(l)  H+(aq)+OH-(aq)减去已知的水解平衡式即可,相应的平衡常数K(NH3•H2O)=Kw/Kh=1×10-14 /5.55×10-10 =1.80×10-5mol·L-1  。
(3)pH相同的弱碱和强碱溶液稀释,前阶段强碱溶液的pH值等倍数的降低,弱碱溶液边稀释边电离pH降低比强碱要慢,后阶段稀释接近无限稀释,因此溶液的pH值均不再等倍数降低,而是无限的接近7,但是碱溶液始终是碱溶液,pH值不能等于7。因此曲线如图所示。
 
(4)用氨气做还原剂还原污染物NO,此处氨气中N的化合价由-3→0价,NO中N的化合价由+2→0价,因此根据得失电子守恒配平方程式为6NO(g)+4NH3(g)=5N2(g)+6H2O(g),方程式中NO的系数是6,表示还原NO为6mol,因此热效应ΔH2=6×120kJ=720kJ/mol。由于热化学方程式中系数可以是分数,因此答案也可以是3NO(g)+2NH3(g)=5/2N2(g)+3H2O(g)  ΔH2=-360 kJ/mo1。
2、有关下列图象的说法正确的是
 
甲              乙          丙          丁
A.图甲中的曲线可以表示某化学平衡体系改变温度后反应速率随时间的变化
B.图乙中①、②曲线分别表示反应M(g)+N(g)→Q(g)ΔH >0使用和未使用催化剂时,反应过程中的能量变化
C.图丙中的曲线可表示向一定量的氢氧化钠溶液中滴加一定浓度盐酸时的pH变化
D.图丁中开关K置于a或b处均可减缓铁的腐蚀
答案
B

试题分析:A.若某化学平衡体系改变温度,则V正、V逆都要增大或减小。错误。B.由于使用催化剂能降低反应的活化能,使反应在较低的温度下就可以发生,因此反应速率大大加快。但是催化剂不能改变反应物、生成物的能量,所以不能改变化学反应的反应热。正确。C.NaOH溶液是碱性溶液,当向其中滴加HCl时,溶液的pH会逐渐减小,当二者恰好反应时,溶液的pH会发生大的突越。随后溶液逐渐变为酸性溶液,pH逐渐减小。错误。D.图丁中开关K置于a处,该装置为电解池,Fe作阴极,在阴极上发生还原反应,可减缓铁的腐蚀;若开关K置于b处,该装置为原电池,Fe作负极,失去电子而被氧化,可大大加快铁的腐蚀。错误。
3、海底蕴藏着大量的“可燃冰”。用甲烷制水煤气(CO、H2),再合成甲醇来代替日益供应紧张的燃油。
已知:
① CH4(g)+H2O (g)=CO (g)+3H2(g)     △H1=+206.2kJ·mol-1
② CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2(g)        △H2=-35.4 kJ·mol-1
③ CH4 (g)+2H2O (g)=CO2 (g)+4H2(g)   △H3=+165.0 kJ·mol-1
(1)CH4(g)与CO2 (g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为           。
(2)从原料、能源利用的角度,分析反应②作为合成甲醇更适宜方法的原因是                            。
(3)水煤气中的H2可用于生产NH3,在进入合成塔前常用[Cu(NH3)2]Ac溶液来吸收其中的CO,防止合成塔中的催化剂中毒,其反应是:
[Cu(NH3)2]Ac + CO + NH3  [Cu(NH3)3]Ac·CO    △H<0
[Cu(NH3)2]Ac溶液吸收CO的适宜生产条件应是             。
(4)将CH4设计成燃料电池,其利用率更高,装置示意如下图(A、B为多孔性石墨棒)。持续通入甲烷,在标准状况下,消耗甲烷体积VL。
 
① 0<V≤44.8 L时,电池总反应方程式为                                      。
② 44.8 L<V≤89.6 L时,负极电极反应为                                。
③ V="67.2" L时,溶液中离子浓度大小关系为                              。
答案

(1)CH4 (g)+CO2 (g) =2CO (g)+2H2(g)   △H=+247.4 kJ·mol-1
(2)反应②是放热反应,可节省能源;同时制得的CO与H2物质的量之比为1:2,能恰好反应合成甲醇,符合绿色化学的“原子经济”原则。
(3)低温、高压
(4)①CH4 + 2O2+ 2KOH =K2CO3+ 3H2O
②CH4—8e-+ 9CO32-+3H2O =10HCO3-
③c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)

(1)根据盖斯定律可知,①×2-③可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),所以其△H=[(+206.2)×2-(+165.0)]kJ•mol-1="+247.4" kJ•mol-1,所以CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H="+247.4" kJ•mol-1
(2)从能量角度比较,①是吸热反应,需要消耗更多能量,②是放热反应,不需要太多能量;从原子利用率角度,由于CO+2H2→CH3OH,①的产物中氢原子不可能全部变为CH3OH,而②的产物中所有原子都可能全部变为CH3OH;因此选②,甲烷不完全燃烧制合成气时放出热量,还得到物质的量之比为1:2的CO和H2的混合气体,能恰好完全反应生成甲醇。
(3)已知正反应是气态物质体积减小的放热反应,因此采用降低温度、增大压强能使平衡右移,提高CO的转化率,故答案为:低温、高压。
(4)n(KOH)=2mol/L×2L=4mol,可能先后发生反应①CH4+2O2→CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3;①当0<V≤44.8 L时,0<n(CH4)≤2mol,则0<n(CO2)≤2mol,只发生反应①②,且KOH过量,则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O;②当44.8 L<V≤89.6 L,2mol<n(CH4)≤4mol,则2mol<n(CO2)≤4mol,发生反应①②③,得到K2CO3和KHCO3溶液,则负极反应式为CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-;③当V="67.2" L时,n(CH4)=3mol,n(CO2)=3mol,则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O,则得到1molK2CO3和2molKHCO3的溶液,则c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+)。
4、下列有关说法正确的是
A.汽车尾气的净化反应2NO+2CO 2CO2+N2△H<0,则该反应一定能自发进行
B.电解精炼铜时,阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属
C.由于Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3),因此不可能使BaSO4沉淀转化为BaCO3沉淀
D.对N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),其他条件不变时充入N2,正逆反应速率均增大
答案
D

试题分析:A、该反应熵变小于零(反应气体体积减少),焓变小于零,反应可能自发,错误;B、电解过程中Zn、Fe失去电子变为阳离子进入溶液,错误;C、可以通过高浓度的碳酸根离子逆向转化,错误;D、正反应速率和逆反应速率均增大,正确。
5、中国环境监测总站数据显示,颗粒物(PM2.5等)为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物,其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此,对PM2.5、SO2、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题:
⑴ 将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表:
离子 K+ Na+ NH4+ SO42- NO3- Cl-
浓度/mol•L-1 4×10-6 6×10-6 2×10-5 4×10-5 3×10-5 2×10-5
 
根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH =         。
⑵ NOx是汽车尾气的主要污染物之一。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 N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H=                。
② 当尾气中空气不足时,NOx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                                            。
③ 汽车汽油不完全燃烧时还产生CO,有人设想按下列反应除去CO:
2CO(g)=2C(s)+O2(g),已知该反应的△H>0,该设想能否实现?    。
⑶ 碘循环工艺不仅能吸收SO2降低环境污染,同时又能制得氢气,具体流程如下:
 
① 用离子方程式表示反应器中发生的反应                             。
② 用化学平衡移动的原理分析,在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是                                                  。
③ 用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH)表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为:Ni(OH)2+M NiO(OH)+MH,电池放电时,负极电极反应式为                                  ; 充电完成时,全部转化为NiO(OH),若继续充电,将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸,此时,阴极电极反应式为                。
答案
⑴4   ⑵① +183 kJ·mol-1 ② 2NO+2CO 2CO2+N2   ③ 不能  
⑶①SO2+I2+2H2O=SO42-+2I-+4H+    HI分解为可逆反应,及时分离出产物H2,有利于反应正向进行
③MH+OH--e-=H2O+M     4O2+4e-+2H2O=4OH-

试题分析:(1)根据溶液呈电中性的原理可得c(H+)+c(K+)+c(Na+)+c(NH4+)=2c(SO42-)+c(NO3-)+c(Cl-)。将各个数值代入上述式子可得c(H+)=1.0×10-4mol/L,所以pH=4;(2)① N2(g)+O2(g) 2NO(g) △H=945kJ/mol+498kJ/mol-2×630kJ/mol="+183" kJ/mol. ②NO被CO还原的化学方程式为2NO+2CO 2CO2+N2。③由于反应2CO(g)=2C(s)+O2(g)△H>0是个体系混乱程度减小的吸热反应。ΔH>0;△S<0,根据体系的自由能ΔG=ΔH-T·ΔS>0,.所以该设想不能实现。⑶①反应器中发生的反应离子方程式为:SO2+I2+2H2O=SO42-+2I-+4H+。②2HI  H2+I2 .该发生是可逆反应。若在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2,由于减小生成物的浓度,平衡正向移动,就可以使更多的HI分解,制得氢气。③由电池放电、充电的方程式可知:在电池放电时,负极电极反应式为MH+OH--e-=H2O+M;充电完成时,全部转化为NiO(OH),若继续充电,将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸,此时,阴极电极反应式为4O2+4e-+2H2O=4OH-。
6、火力发电厂释放出大量氮氧化物(NOx)、SO2和CO2等气体会造成环境问题。对燃煤废气进行脱硝、脱硫和脱碳等处理,可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。
(1)脱硝。利用甲烷催化还原NOx:
CH4(g)+ 4NO2(g)=4NO(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g) △H1=-574 kJ·mol-1    ①
CH4(g)+ 4NO(g)=2N2(g)+ CO2(g)+ 2H2O(g) △H2=-1160 kJ·mol-1    ②
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为                                   。
(2)脱碳。将CO2转化为甲醇:CO2(g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)  △H3
         
①在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。回答:0~10 min内,氢气的平均反应速率为   mol/(L·min);第10 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),则平衡        (填“正向”、“逆向”或“不”)移动。
②如图2,25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源来电解300mL 某NaCl溶液,正极反应式为                        。在电解一段时间后,NaCl溶液的pH值变为13(假设NaCl溶液的体积不变),则理论上消耗甲醇的物质的量为     mol。
③取五份等体积的CO2和H2的混合气体(物质的量之比均为1∶3),分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生上述反应,反应相同时间后,测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系曲线如图3所示,则上述CO2转化为甲醇的反应的△H3    0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)脱硫。燃煤废气经脱硝、脱碳后,与一定量氨气、空气反应,生成硫酸铵。硫酸铵水溶液呈酸性的原因是                                           (用离子方程式表示);室温时,向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性,则所得溶液中微粒浓度大小关系c(Na+)       c(NH3·H2O)。(填“>”、“<”或“=”)
答案
(1)CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ•mol-1(2分)
(2)①0.225 (2分);正向(2分)
②O2 + 4e-+ 4H+=2H2O(2分);0.005 (2分);
③<(2分)
(3)NH4++H2O NH3·H2O+H+(2分);=(2分)

试题分析:(1)根据盖斯定律,将①+②相加除以2即得所求方程式,所以甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867 kJ•mol-1
(2)①由图1知甲醇的浓度在10min内增加0.75mol/L,所以氢气浓度减少3×0.75mol/L,0~10 min内,氢气的平均反应速率为3×0.75mol/L/10min="0.225" mol/(L·min);向该密闭容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g),反应物浓度增大,平衡正向移动;
②正极发生还原反应,氧气得电子结合氢离子成为水,电极反应式为O2 + 4e-+ 4H+=2H2O;NaCl溶液的pH值变为13,说明c(NaOH)=0.1mol/L,其物质的量为0.03mol,说明生成氯气0.015mol,转移电子0.03mol,根据得失电子守恒,每消耗1mol甲醇的物质的量是0.005mol;
③图3的最高点意味着达平衡时甲醇的体积分数,随温度升高,甲醇体积分数减小,说明升温平衡逆向移动,所以正向为放热反应,△H3<0;
(3)硫酸铵水溶液呈酸性的原因是铵根离子水解使溶液显酸性,离子方程式为NH4++H2O  NH3·H2O+H+;室温时,向(NH4)2SO4,溶液中滴人NaOH溶液至溶液呈中性,则有c(OH-)= c(H+),根据电荷守恒,c(Na+)+c(H+)+c(NH4+)= c(OH-)+2c(SO42-),所以c(Na+)+c(NH4+)= 2c(SO42-),再根据物料守恒得2c(SO42-)=c(NH4+)+c(NH3·H2O),两式结合可得c(Na+)= c(NH3·H2O)。
 


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