题目内容
【题目】根据方程式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：Fe + H2SO4 = H2↑+ FeSO4
(1)装置采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置图______________
(2)指出原电池的正极材料和负极材料并标出电子的流向:正极材料_________，负极材料________ ，电子的流向_________
(3)写出两个电极上的电极反应并指出现象：负极反应 ___________ 、现象___________正极反应___________、现象_________________
(4)转移的电子数为2NA时，生成的H2在标准状况下的体积为________________
【答案】
Cu或C等 Fe 由Fe经外电路流向铜（或C） Fe -2e- = Fe2+ 铁极变细 2H+ +2e- = H2 产生无色无味的气体 22.4L
【解析】
(1)根据电池反应式知，该反应中铁失电子发生氧化反应，作负极，因为有盐桥，正极可以是铜或碳等惰性电极，铁电极对应的溶液为可溶性的亚铁盐溶液，一般使用硫酸亚铁溶液，正极的电解液为硫酸，装置图为:
(2)负极为Fe，正极为Cu或C，负极: Fe- 2e- =Fe2+，正极:2H+ + 2e- =H2↑，外电路中，电子从铁流向铜（或C等惰性电极），
答案为：Cu或C等；Fe；由Fe经外电路流向铜（或C）；
(3)负极失电子，发生氧化反应，负极反应: Fe- 2e- =Fe2+，实验现象为铁极变细；正极得电子发生还原反应，正极反应:2H+ + 2e- =H2↑，实验现象产生无色无味的气体，
答案为：Fe -2e- = Fe2+；铁极变细；2H+ 2e- = H2；产生无色无味的气体；
(4)根据电极反应2H+ + 2e- =H2↑，转移的电子数为2NA时，即转移2mol电子时，生成1mol氢气，则1mol气体在标况下的体积为22.4L，
答案为：22.4L；
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【题目】中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，其反应如下：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g) ΔH＞0
化学键 | H—H | C—H | C＝C | C—C |
E(kJ/mol) | a | b | c | d |
（1）已知相关化学键的键能如上表，甲烷制备乙烯反应的ΔH＝____________ (用含a、b、c、d的代数式表示)。
（2）T1温度时，向1 L的恒容反应器中充入2mol CH4 ，仅发生上述反应，反应过程中 0～15min CH4的物质的量随时间变化如图1，测得10～15min时H2的浓度为1.6mol/L。
①0～10min内CH4表示的反应速率为__________mol/(L·min)。
②若图1中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，达到平衡过程中n(CH4)变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是 ________ (填“a”或 “b”)。
③15min时，若改变外界反应条件，导致n(CH4)发生图1中所示变化，则改变的条件可能是_____________________________________(任答一条即可)。
（3）实验测得v正＝k正c2(CH4)，v逆＝k逆c(C2H4)·c2(H2)其中k正、k逆为速率常数仅与温度有关，T1温度时k正与k逆的比值为______ (填数值)。若将温度由T1升高到T2，则反应速率增大的倍数v正____v逆(填“>”“＝”或“<”)，判断的理由是_________________ 。
（4）科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图2所示，电解质是掺杂了 Y2O3与 ZrO2的固体，可在高温下传导O2－。
①C极的Pt为______ 极(填“阳”或“阴” )。
②该电池工作时负极反应方程式为_____________________。
③用该电池电解饱和食盐水，一段时间后收集到标况下气体总体积为112mL，则阴极区所得溶液在25℃时pH＝_______ (假设电解前后NaCl溶液的体积均为500mL)。
