题目内容
利用生活中或实验中常见的物品,根据氧化还原反应知识和电化学知识,自己动手设计一个原电池。请填写下列空白:
(1)实验原理:Fe+2H+===Fe2++H2↑。
(2)实验原理:电极(______、______)、________、________、稀硫酸、耳机(或者电流计)。
(请在空格中填写所缺的实验用品)
(3)实验装置(如图)。
(4)原电池设计及注意的问题:
①按如图所示连接好实验仪器,注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出,如果没有,可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意:接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的),这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是:在原电池中,由化学能转化为________,在耳机中又由________转化为声音这种能量。
②如果将装置中的耳机改为电流计,则铁钉应该接电流计的________极,电极反应是_____________________________,发生了________反应。
(2)铁钉或铁条 铜片(其他合理答案也可) 烧杯 导线
(4)①电能 电能 ②负 Fe-2e-===Fe2+ 氧化
【解析】根据电池反应:Fe+2H+===Fe2++H2↑可知,正极为不比铁活泼的金属或非金属导体。耳机发出声音是电能转化为声音。 由于铁为负极,应连接电流计的负极。
碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛,在提倡健康生活已成潮流的今天,“低碳生活”不再只是一种理想,更是一种值得期待的新的生活方式。
(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等。
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g) ΔH1= +489.0 kJ/mol
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g) ΔH2=+172.5 kJ/mol
则CO还原Fe2O3的热化学方程式为 ;
②氯化钯(PdCl2)溶液常被应用于检测空气中微量CO。PdCl2被还原成单质,反应的化学方程式为 ;
(2)将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入C3H8和O2构成丙烷燃料电池。
①负极电极反应式是: ;
②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如下图所示),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色。下列说法中正确的是 (填序号)
A.电源中的a一定为正极,b一定为负极
B.可以用NaCl溶液作为电解液
C.A、B两端都必须用铁作电极
D.阴极发生的反应是:2H++2e-=H2↑
(3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组 |
温度/℃ |
起始量/mol |
平衡量/mol |
达到平衡所需时间/min |
|
H2O |
CO |
CO2 |
|||
1 |
650 |
2 |
4 |
1.6 |
5 |
2 |
900 |
1 |
2 |
0.4 |
3 |
3 |
900 |
1 |
2 |
0.4 |
1 |
①该反应的正反应为 (填“吸”或“放”)热反应;
②实验2中,平衡常数K= ;
③实验3跟实验2相比,改变的条件可能是 (答一种情况即可);
(4)将2.4g碳在足量氧气中燃烧,所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中,完全吸收后,溶液中所含离子的物质的量浓度由大到小的顺序 。
选做题
本题有A、B两题,分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修课程模块的内容,每题12分。请选择其中一题作答,若两题都作答,则以A题得分计入总分。
20A.过渡元素在生活、生产和科技等方面有广泛的用途。
(1)应用于合成氨反应的催化剂(铁)的表面上存在氮原子,右图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图(图中小黑色球代表氮原子,灰色球代表铁原子)。则图示铁颗粒表面上氮原子与铁原子的个数比为 。
(2)现代污水处理工艺中常利用聚合铁{简称PFS,化学式为:[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,n<5,m<10}在水体中形成絮状物,以吸附重金属离子。下列说法中不正确的是 。(填序号)
A.PFS中铁显+3价
B.铁原子的价电子排布式是3d64s2
C.由FeSO4溶液制PFS需经过氧化、水解和聚合的过程
D.由下表可知气态Fe2+再失去一个电子比气态Mn2+再失去一个电子难
元素 | Mn | Fe | |
电离能 (kJ・mol-1) | I1 | 717 | 759 |
I2 | 1509 | 1561 | |
I3 | 3248 | 2957 |
(3)铬的配合物在药物应用、设计合成新磁材料领域和聚乙烯催化剂方面都有重要应用。现有铬(Ⅲ)与甲基丙烯酸根的配合物为:
①该化合物中存在的化学键类型有 。
②该化合物中一个Cr的配位数为 。
③甲基丙烯酸分子中C原子的杂化方式有 。
④等电子体是具有相同的价电子数和原子数的分子或离子,与H2O分子互为等电子体的微粒是 。(填一种即可)
⑤与铬同周期的所有元素中基态原子最外层电子数与铬原子相同的元素是
____ 。(填元素符号)
20B.阿斯匹林(乙酰水杨酸)是由水杨酸和乙酸酐合成的:
在生成乙酰水杨酸的同时,水杨酸分子之间也能发生聚合反应,生成少量聚合物(副产物)。合成乙酰水杨酸的实验步骤如下:
①向150mL干燥锥形瓶中加入2 g水杨酸、5 mL乙酸酐和5滴浓硫酸,振荡,待其溶解后,控制温度在85℃~90℃条件下反应5~10 min,然后冷却,即有乙酰水杨酸晶体析出。
②减压过滤,用滤液淋洗锥形瓶,直至所有晶体收集到布氏漏斗中。抽滤时用少量冷水洗涤晶体几次,继续抽滤,尽量将溶剂抽干。然后将粗产品转移至表面皿上,在空气中风干。
③将粗产品置于100 mL烧杯中,搅拌并缓慢加入25 mL饱和碳酸氢钠溶液,加完后继续搅拌2~3 min,直到没有二氧化碳气体产生为止。过滤,用5~10 mL蒸馏水洗涤沉淀。合并滤液于烧杯中,不断搅拌,慢慢加入15 mL 4mol / L盐酸,将烧杯置于冰水中冷却,即有晶体析出。抽滤,用冷水洗涤晶体1~2次,再抽干水分,即得产品。
(1)第①步中,要控制温度在85℃~90℃,应采用的加热方法是 ,用这种方法加热需要的玻璃仪器有 。
(2)在第②步中,用冷水洗涤晶体,其目的是 、 。
(3)在第③步中,加入饱和碳酸氢钠溶液的作用是 ,加入盐酸的作用是 。
(4)如何检验产品中是否混有水杨酸? 。
(1)将CO2与焦炭作用生成CO,CO可用于炼铁等.
①已知:Fe2O3(s)+3C(石墨)=2Fe(s)+3CO(g)△H1=+489.0kJ/mol
C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)△H2=+172.5kJ/mol
则CO还原Fe2O3的热化学方程式为 ;
②氯化钯(PdCl2)溶液常被应用于检测空气中微量CO.PdCl2被还原成单质,反应的化学方程式为 ;
(2)将两个石墨电极插入KOH溶液中,向两极分别通入C3H8和O2构成丙烷燃料电池.
①负极电极反应式是: ;
②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图所示),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色.下列说法中正确的是 (填序号)
A.电源中的a一定为正极,b一定为负极
B.可以用NaCl溶液作为电解液
C.A、B两端都必须用铁作电极
D.阴极发生的反应是:2H++2e-=H2↑
(3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组 | 温度/℃ | 起始量/mol | 平衡量/mol | 达到平衡所需时间/min | |
H2O | CO | CO2 | |||
1 | 650 | 2 | 4 | 1.6 | 5 |
2 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 3 |
3 | 900 | 1 | 2 | 0.4 | 1 |
②实验2中,平衡常数K= ;
③实验3跟实验2相比,改变的条件可能是 (答一种情况即可);
(4)将2.4g碳在足量氧气中燃烧,所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中,完全吸收后,溶液中所含离子的物质的量浓度由大到小的顺序 .
选做题
本题有A、B两题,分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修课程模块的内容,每题12分。请选择其中一题作答,若两题都作答,则以A题得分计入总分。
20A.过渡元素在生活、生产和科技等方面有广泛的用途。
(1)应用于合成氨反应的催化剂(铁)的表面上存在氮原子,右图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图(图中小黑色球代表氮原子,灰色球代表铁原子)。则图示铁颗粒表面上氮原子与铁原子的个数比为 。
(2)现代污水处理工艺中常利用聚合铁{简称PFS,化学式为:[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,n<5,m<10}在水体中形成絮状物,以吸附重金属离子。下列说法中不正确的是 。(填序号)
A.PFS中铁显+3价
B.铁原子的价电子排布式是3d64s2
C.由FeSO4溶液制PFS需经过氧化、水解和聚合的过程
D.由下表可知气态Fe2+再失去一个电子比气态Mn2+再失去一个电子难
元素 |
Mn |
Fe |
|
电离能 (kJ・mol-1) |
I1 |
717 |
759 |
I2 |
1509 |
1561 |
|
I3 |
3248 |
2957 |
(3)铬的配合物在药物应用、设计合成新磁材料领域和聚乙烯催化剂方面都有重要应用。现有铬(Ⅲ)与甲基丙烯酸根的配合物为:
①该化合物中存在的化学键类型有 。
②该化合物中一个Cr的配位数为 。
③甲基丙烯酸分子中C原子的杂化方式有 。
④等电子体是具有相同的价电子数和原子数的分子或离子,与H2O分子互为等电子体的微粒是 。(填一种即可)
⑤与铬同周期的所有元素中基态原子最外层电子数与铬原子相同的元素是
____ 。(填元素符号)
20B.阿斯匹林(乙酰水杨酸)是由水杨酸和乙酸酐合成的:
在生成乙酰水杨酸的同时,水杨酸分子之间也能发生聚合反应,生成少量聚合物(副产物)。合成乙酰水杨酸的实验步骤如下:
①向150 mL干燥锥形瓶中加入2 g水杨酸、5 mL乙酸酐和5滴浓硫酸,振荡,待其溶解后,控制温度在85℃~90℃条件下反应5~10 min,然后冷却,即有乙酰水杨酸晶体析出。
②减压过滤,用滤液淋洗锥形瓶,直至所有晶体收集到布氏漏斗中。抽滤时用少量冷水洗涤晶体几次,继续抽滤,尽量将溶剂抽干。然后将粗产品转移至表面皿上,在空气中风干。
③将粗产品置于100 mL烧杯中,搅拌并缓慢加入25 mL饱和碳酸氢钠溶液,加完后继续搅拌2~3 min,直到没有二氧化碳气体产生为止。过滤,用5~10 mL蒸馏水洗涤沉淀。合并滤液于烧杯中,不断搅拌,慢慢加入15 mL 4mol / L盐酸,将烧杯置于冰水中冷却,即有晶体析出。抽滤,用冷水洗涤晶体1~2次,再抽干水分,即得产品。
(1)第①步中,要控制温度在85℃~90℃,应采用的加热方法是 ,用这种方法加热需要的玻璃仪器有 。
(2)在第②步中,用冷水洗涤晶体,其目的是 、 。
(3)在第③步中,加入饱和碳酸氢钠溶液的作用是 ,加入盐酸的作用是 。
(4)如何检验产品中是否混有水杨酸? 。