题目内容
9．
钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域．（1）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示．
①若左槽溶液颜色逐渐由蓝变黄，其电极反应式为VO2++H2O-e-=VO2++2H+．
②放电过程中，右槽溶液颜色逐渐由紫色变为蓝色．
③放电过程中氢离子的作用是：通过交换膜定向移动使电流通过溶液形成闭合回路和参与正极反应；
④若充电时，左槽溶液中n（H+）的变化量为2mol，则反应转移的电子为2mol．
（2）将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示（A、B为多孔碳棒）．持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷的体积为V L．
①0＜V≤44.8L时，电池总反应方程式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；
②44.8L＜V≤89.6L时，负极电极反应为CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-；
③V=67.2L时，溶液中离子浓度大小关系为c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．
分析 （1）①左槽溶液逐渐由蓝变黄，VO2+转变为VO2+，发生氧化反应，应为电解池的阳极，
②放电过程中，右槽为负极，发生氧化反应，由V2+生成V3+；
③放电过程中，电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，氢离子的作用是充电时，参与正极反应，通过交换膜定向移动使溶液成电中性；
④充电时，左槽发生的反应为VO2++H2O-e-=VO2++2H+当转移电子2mol电子时，生成氢离子为2mol；
（2）①n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，该装置是燃料电池，负极上甲烷失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，根据原子守恒得0＜n（CO2）≤1mol，二氧化碳不足量，则反应生成碳酸钾；
②根据原子守恒得2mol＜n（CO2）≤4mol，反应生成碳酸氢钾；
③当V=67.2L时，n（CO2）=3mol，设碳酸钾的物质的量为x、碳酸氢钾的物质的量为y，根据K原子、C原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=3}\\{2x+y=4}\end{array}\right.$，解得x=1，y=2，溶液中碳酸根、碳酸氢根离子水解，溶液呈碱性，碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子．
解答 解：（1）①左槽溶液逐渐由蓝变黄，VO2+转变为VO2+，发生氧化反应，应为电解池的阳极，其电极反应式为VO2++H2O-e-=VO2++2H+，
故答案为：VO2++H2O-e-=VO2++2H+；
②放电过程中，右槽为负极，发生氧化反应，由V2+生成V3+，溶液颜色由紫色变为蓝色，故答案为：紫；蓝；
③放电过程中，电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，氢离子的作用是充电时，参与正极反应，通过交换膜定向移动使溶液成电中性，故答案为：参与正极反应；
④充电时，左槽发生的反应为VO2++H2O=VO2++2H++e-，当转移电子为1mol电子时，生成氢离子为2mol，此时氢离子参与向阴极移动，通过交换膜定向移动使电流通过溶液，溶液中离子的定向移动可形成电流，通过1mol电子，则左槽溶液中n（H+）的变化量为2mol-1mol=1mol，所以槽溶液中n（H+）的变化量为2mol，则反应转移的电子数为2mol，
故答案为：2mol；
（2）①n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，该装置是燃料电池，负极上甲烷失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，根据原子守恒得0＜n（CO2）≤1mol，二氧化碳不足量，则反应生成碳酸钾，电池总反应方程式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，
故答案为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O；
②根据原子守恒得2mol＜n（CO2）≤4mol，反应生成碳酸氢钾，负极反应式为CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-，
故答案为：CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-；
③当V=67.2L时，n（CO2）=3mol，设碳酸钾的物质的量为x、碳酸氢钾的物质的量为y，根据K原子、C原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=3}\\{2x+y=4}\end{array}\right.$，解得x=1，y=2，溶液中碳酸根、碳酸氢根离子水解，溶液呈碱性，碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子，所以溶液中离子浓度大小顺序为：c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+），
故答案为：c（K+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．
点评 本题考查较为综合，涉及原电池、电解池以及离子浓度大小比较等，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，注意把握原电池、电解池的工作原理，为解答该题的关键，难度中等．
科学实验活动册系列答案
根据以上规律判断，下列结论正确的是（ ）
| A． | 反应Ⅰ：△H＞0，p2＞p1 | B． | 反应Ⅲ：△H＞0，T2＞T1或△H＜0，T2＜T1 | ||
| C． | 反应Ⅱ：△H＞0，T1＞T2 | D． | 反应Ⅳ：△H＜0，T2＞T1 |
某校学生小组为探究乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱并证明乙酸为弱酸，进行下述实验．探究乙酸、碳酸和苯酚的酸性强弱关系该校学生设计了如图的实验装置（夹持仪器已略去）．
-ONa溶液的pH，其pH由大到小排列的顺序为bdac （填溶液编号）| A | |||||||
| B | C | D |
（1）基态C原子含有5种能量不同的电子，其简单离子的电子排布式为1s22s22p6．
（2）DA2+离子的中心原子的杂化轨道类型是sp3，其立体构型为V形．
（3）A所在主族元素的氢化物中，沸点最低的是HCl（填化学式）；第一电离能比较：B＜C （填“＞”、“＜”、“=”）．
（4）E单质的晶体堆积方式为面心立方密堆积，空间利用率为74%；C与D形成的化合物中化学键类型为共价键．
（5）E的氧化物E2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有16个E原子．若该晶体的密度为ρ g/cm3，则晶胞参数a=$\root{3}{\frac{1152}{ρ•{N}_{A}}}$cm （列出表达式即可）．
图中：①为氯气发生装置；
②的试管里盛有15mL30%KOH 溶液．并置于热水浴中；
③的试管里盛有15mL 8% NaOH 溶液．并置于冰水浴中；
④的试管里加有紫色石蕊溶液； ⑤为尾气吸收装置．
请填写下列空白：
（l）写出钾离子的结构示意图
．（2）制取氯气时，在烧瓶里加入一定量的二氧化锰，向烧瓶中加入适量的浓盐酸．实验时为了除去氯气中的氯化氢气体，可在①与②之间安装盛有B（选填下列字母）的净化装置．
A．碱石灰 B．饱和食盐水 C．浓硫酸 D．饱和碳酸氢钠溶液
（3）比较制取氯酸钾和次氯酸钠的条件，二者的差异是：制取温度不同、制取时碱的浓度也不同．反应完毕经冷却后，②的试管中有大量晶体析出，分离出该晶体的方法是过滤（填写实验操作名称）．图2中符合该晶体溶解度曲线的是M（填写编号）
（4）本实验中制取次氯酸钠的离子方程式是：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O
（5）实验中可观察到④的试管里溶液的颜色发生了如下变化，请填写下表中的空白：
| 实验现象 | 原因 |
| 溶液最初从紫色逐渐变为红色 | 氯气与水反应生成的H+使石蕊变色 |
| 随后溶液逐渐变为无色 | _氯气与水反应生成的HClO将石蕊氧化为无色物质 |
| 然后溶液从无色逐渐变为浅黄绿色 | 继续通入的氯气溶于水使溶液呈浅黄绿色 |
| A． | 图①常用于分离沸点不同且彼此互溶的液态混合物 | |
| B． | 图②可用于实验室制备并收集少量的NH3 | |
| C． | 图③表示的是实验室配制溶液转移过程 | |
| D． | 图④可用于除去SO2中的HCl气体 |