题目内容

10.氢氧燃料电池具有能量转化率高、无污染等特点,近年来逐渐运用于航天、汽车等领域.其工作原理是:H2和O2反应时将化学能转化为电能.
【提出问题】H2一定要在O2中燃烧才能产生电能吗?
【实验步骤】重庆一中初三某化学兴趣小组同学群策群力,据实验目的设计了如图1所示装置:
步骤1.向分液漏斗中注入一定浓度的硫酸溶液(或氢氧化钾溶液)
步骤2.闭合K1,断开K2,一分钟后观察三颈瓶中的现象
步骤3.闭合K2,断开K1,记录用电器工作时间
步骤4.将d处小风扇依次更换为小灯泡,发光二极管,重复步骤2、3
【实验分析】
Ⅰ.步骤2,当闭合K1,断开K2,一分钟后,a,b处有大量气泡产生….
(1)三颈中发生的化学反应式为2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H2↑+O2↑,
该实验可得到的结论有C(填序号);
①水由氢气和氧气组成       ②水由氢氧原子构成
③水由氢氧元素组成         ④水由氢氧两个元素组成
(2)下列对分液漏斗中的现象及作用描述正确的是C;
①液面下降,调节压强        ②液面下降,控制反应速率
③液面上升,调节压强        ④液面上升,控制反应速率
(3)如图2图象不符合实验事实的是A(填序号);
(4)要区分a、b处气体,最好选用的方法是用燃着的木条,若用ρ(H2)、ρ(O2)分别表示H2、O2的密度,则反应后生成物的分子中,H、O原子个数比的计算式为32ρ(H2):ρ(O2)[用ρ(H2)、ρ(O2)来表示].
Ⅱ.步骤3、4,闭合K2,断开K1,各用电器工作时间如下表:
溶液各用电器工作时间/秒
小风扇2.5V小灯泡发光二极管
Xg/L H2SO4溶液6555>480
Yg/L KOH溶液291010
要比较电解H2SO4溶液、KOH溶液,哪种获得的电能更多?电解H2SO4溶液,则X>Y(填“>”、“<”或“=”).
【实验结论】通过分析知:氢氧燃料电池不一定(填“一定”、“不一定”或“一定不”)在点燃条件下才能放电.

分析 Ⅰ.(1)水在电解的过程中分解产生了氢气和氧气.电解水的实验结论是说明水是由氢元素和氧元素组成.
(2)根据水在电解的过程中分解产生了氢气和氧气以及压强变化分析.
(3)电解水时,与电源正极相连的试管内产生的气体体积少,与电源负极相连的试管内的气体体积多;且两者的体积之比大约是1:2,硫酸只是增强溶液的导电性,
(4)根据氢气和氧气的性质以及氢分子与氧分子中都含有两个原子分析;
Ⅱ.根据表中数据分析
【实验结论】由实验现象分析.

解答 解:Ⅰ.(1)水在电解的过程中分解产生了氢气和氧气,故该反应的化学方程式2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H2↑+O2↑.电解水实验可得到的结论是:水是由氢、氧两种元素组成的等,故选:C.
(2)因为水在电解的过程中分解产生了氢气和氧气,装置中压强变大,水被压入分液漏斗中,分液漏斗可以调节压强,故选C;
(3)电解水时,a端连接电源的负极,产生氢气;b端连接电源的正极,产生氧气,且两者的体积之比大约是2:1,所以A错B对;过程中硫酸只是增强溶液的导电性,其反应前后的质量不变,故C对,由于随着水的电解,水的质量不断减小,硫酸溶液的溶质质量分数不断增大,当反应停止时硫酸质量分数不变,故D对,故选A.
(4)氧气能使燃着的木条燃烧更旺,氢气能被燃着的木条点燃,区分二者的最好选用的方法是用燃着的木条;H2、O2的质量比为ρ(H2)×2:ρ(O2)×1,H2、O2的分子数之比为:$\frac{ρ({H}_{2})×2}{2}$:$\frac{ρ({O}_{2})×1}{32}$=32ρ(H2):ρ(O2);反应后生成物的分子中,H、O原子个数比32ρ(H2)×2:ρ(O2)×2=32ρ(H2):ρ(O2);
Ⅱ.由表中数据可知,电解H2SO4溶液各用电器工作时间更长,获得的电能更多,意味着电解时反应速度更快,溶液的导电性更好,所以H2SO4溶液浓度大于KOH溶液.
【实验结论】闭合K2,断开K1,用电器就可以工作,说明氢氧燃料电池不一定在点燃条件下才能放电.
故答案为:Ⅰ.(1)2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H2↑+O2↑;C.
(2)C;(3)A;(4)用燃着的木条;32ρ(H2):ρ(O2);
Ⅱ.电解H2SO4溶液;>;
【实验结论】不一定.

点评 本题难度不大,掌握电解水的实验现象、结论等并能灵活运用是正确解答本题的关键.

练习册系列答案
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15.科学兴趣小组学习二氧化锰(MnO2)催化分解过氧化氢的实验后,进行如下实验.
①选择装置并检查气密性.
②称取0.1g的二氧化锰粉末加入容器中.
③量取20毫升溶质质量分数约1%的过氧化氢溶液加入容器中,记录一定时间内收集到的气体体积.
④改变二氧化锰的质量,重复上述实验,记录数据如表.
时间/秒生成氧气的体积/毫升
0.1g MnO20.2g MnO20.3g MnO20.4g MnO2
4049617586
8077879092
12089929292
16092929292
(1)本实验探究的问题是二氧化锰的质量对过氧化氢分解快慢的影响.从表中数据分析得出的结论是其他条件相同时,二氧化锰的质量越大反应速率越快.
(2)写出实验室用过氧化氢溶液制取氧气反应的文字表达式过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气.
(3)对于有气体生成的反应,要准确比较反应速率的快慢,除上述方法外,你还可以采用的方法是比较收集相同体积的气体所需时间的长短.
(4)为了完成本实验应选用的收集装置是③.(填序号)
(5)对于催化剂对化学反应速率的影响还有哪些因素,你可以大胆提出猜想,并设计实验进行验证.(要求仍以过氧化氢分解为例)
你的猜想:催化剂的种类不同影响过氧化氢分解的速率.
你的实验设计:(要有实验操作步骤、现象和结论)
步骤:在常温下,①分别称取0.1g的红砖粉末和二氧化锰加入到大试管内;②分别向大试管中加入20mL5%的过氧化氢溶液;③用排水法分别收集一瓶氧气并记录所需的时间
现象和结论:放入二氧化锰收集一瓶氧气所需的时间比放入红砖粉末的短,说明二氧化锰的催化效果比红砖粉末要好.

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