题目内容

20．化学电池的研究一直是化学工作者研究的热点之一．
Ⅰ．美国科学家S•鲁宾成功开发锌汞纽扣式电池，以锌和氧化汞为电极材料，氢氧化钾溶液为电解液的原电池，有效地解决电池使用寿命短，易发生漏液等问题．电池总反应为：Zn+HgO═ZnO+Hg．
（1）该电池的正极反应式为HgO+H2O+2e-=Hg+2OH-．
（2）含汞电池生产企业的污水中会含有一定量的+2价的汞离子，通常采用处理成本较低的硫化物沉淀法，即向污水中投入一定量的硫化钠，反应的离子方程式为Hg2++S2-=HgS↓．
（3）该方法的缺点是产物的颗粒比较小，大部分悬浮于污水中，通常采用投入一定量的明矾晶体进行后续处理，请解释其原因铝离子水解得到氢氧化铝胶体具有吸附性，吸附HgS颗粒，加快HgS微粒的沉降．
Ⅱ．锂离子电池由于轻便、比能量大等优点，成为当今社会最为常见的电池．其中的重要材料磷酸亚铁锂（LiFePO4）通常按照下列流程进行生产：

请回答下列问题：
（4）生产过程中“混合搅拌”的目的是使反应物充分混合，提高反应速率．气体X的化学式为NH3．
（5）请写出一定条件下由LiH2PO4生成LiFePO4的化学方程式2LiH2PO4+Fe2O3+C=2LiFePO4+CO↑+2H2O，当生成1mol磷酸亚铁锂时，转移的电子数目为6.02×1023．
（6）生成LiFePO4的过程可能产生一种杂质对电池有致命的影响，则该杂质可能为Fe．

分析 I．（1）正极发生还原反应，HgO获得电子生成Hg，碱性条件下还生成氢氧根离子；
（2）硫离子与汞离子反应生成HgS沉淀；
（3）铝离子水解得到氢氧化铝胶体，吸附HgS颗粒，加快沉淀；
Ⅱ．（4）充分混合，加快反应速率；铵根离子与氢氧根离子反应生成氨气；
（5）流程图中LiH2PO4与Fe2O3、C反应生成LiFePO4，Fe元素被还原，C元素被氧化生成CO，还有水生成；根据Fe元素化合价变化计算转移电子；
（6）碳可能将氧化铁中Fe元素还原为Fe单质．

解答 解：I．（1）正极发生还原反应，HgO获得电子生成Hg，碱性条件下还生成氢氧根离子，该电池的正极反应式为：HgO+H2O+2e-=Hg+2OH-，
故答案为：HgO+H2O+2e-=Hg+2OH-；
（2）硫离子与汞离子反应生成HgS沉淀，反应离子方程式为：Hg2++S2-=HgS↓，
故答案为：Hg2++S2-=HgS↓；
（3）铝离子水解得到氢氧化铝胶体具有吸附性，吸附HgS颗粒，加快HgS微粒的沉降，
故答案为：铝离子水解得到氢氧化铝胶体具有吸附性，吸附HgS颗粒，加快HgS微粒的沉降；
Ⅱ．（4）生产过程中“混合搅拌”的目的是：使反应物充分混合，提高反应速率，铵根离子与氢氧根离子反应生成氨气，即X为NH3，
故答案为：使反应物充分混合，提高反应速率；NH3；
（5）流程图中LiH2PO4与Fe2O3、C反应生成LiFePO4，Fe元素被还原，C元素被氧化生成CO，还有水生成，反应方程式为：2LiH2PO4+Fe2O3+C=2LiFePO4+CO↑+2H2O，当生成1mol磷酸亚铁锂时，转移的电子为1mol，即转移电子数目为6.02×1023，
故答案为：2LiH2PO4+Fe2O3+C=2LiFePO4+CO↑+2H2O；6.02×1023；
（6）碳可能将氧化铁中Fe元素还原为Fe单质，对电池有致命的影响，
故答案为：Fe．

点评 本题考查原电池的工作原理、物质准备工艺流程、陌生化学式书写、沉淀转化等，是对学生综合能力的考查．

练习册系列答案
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10．（1）在25℃下，向浓度均为0.1mol•L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成Cu（OH）2沉淀（填化学式），生成该沉淀的离子方程式为Cu2++2NH3•H2O=Cu（OH）2↓+2NH4+．已知25℃时Ksp[Mg（OH）2]=1.8×10-11，Ksp[Cu（OH）2]=2.2×10-20．
（2）向BaCl2溶液中加入AgNO3和KBr，当两种沉淀共存时，$\frac{c（B{r}^{-}）}{c（C{l}^{-}）}$=2.7×10-3．[Ksp（AgBr）=5.4×10-13，Ksp（AgCl）=2.0×10-10]．
11．利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业上生产硫酸的关键步骤．
已知：SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?SO3（g）△H=-98 kJ•mol-1．
（1）某温度下该反应的平衡常数K=$\frac{10}{3}$，若在此温度下，向100 L的恒容密闭容器中，充入3.0 mol SO2（g）、16.0 mol O2（g）和3.0 mol SO3（g），则反应开始时v（正）＞v（逆）（填“＜”“＞”或“=”）．
（2）一定温度下，向一带活塞的体积为2 L的密闭容器中充入2.0 mol SO2和1.0 mol O2，达到平衡后体积变为1.6 L，则SO2的平衡转化率为60%．
（3）在（2）中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO2（g）平衡浓度比原来减小的是AC（填字母）．
A．保持温度和容器体积不变，充入1.0 mol O2
B．保持温度和容器内压强不变，充入1.0 mol SO3
C．降低温度
D．移动活塞压缩气体
（4）若以如图所示装置，用电化学原理生产硫酸，写出通入O2电极的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O．
（5）为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO2和水的质量比为16：29．
8．自然界中存在大量的金属元素，其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用．
（1）请写出Fe的基态原子核外电子排布式1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2．
（2）金属A的原子只有3个电子层，其第一至第四电离能如表：
电离能（KJ/mol）I1I2I3I4
A93218211539021771
则A原子的价电子排布式为3s2．
（3）合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（I）溶液来吸收原料气体中的CO（Ac-代表CH3COO-），其反应是：[Cu（NH3）2]Ac+CO+NH3?[Cu（NH3）3CO]Ac[醋酸羰基三安合铜（I）]△H＜0
①C、N、O三种元素的第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N
②配合物[Cu（NH3）3CO]Ac中心原子的配位数为4
③在一定条件下NH3与CO2能合成尿素[CO（NH2）2]，尿素中C原子核N原子轨道的杂化类型分别为sp2、sp3；1mol尿素分子中，σ键的数目为7NA．
（4）NaCl和MgO都属于离子化合物，NaCl的熔点为801.3℃，MgO的熔点高达2800℃．造成两种晶体熔点差距的主要原因是MgO晶体所含离子半径小，电荷数多，晶格能大．
（5）（NH4）2SO4、NH4NO3等颗粒物及扬尘等易引起雾霾．其中NH4-的空间构型是正四面体（用文字描述），与NO3-互为等电子体的分子是SO3或者BF3．（填化学式）
（6）铜的化合物种类很多，如图是氢化亚铜的晶胞结构，已知晶胞的棱长为acm，则氢化亚铜密度的计算式为ρ=$\frac{260}{{a}^{3}•{N}_{A}}$g/cm3．（用NA表示阿佛加德罗常数）
15．化学与人类生产、生活、社会可持续发展等密切相关，下列说法错误的是（　　）
A．夏天雷雨过后感觉到空气清新是因为空气中产生了少量的二氧化氮
B．通常所说的三大有机合成材料是指塑料、合成纤维、合成橡胶
C．实验“煤改气”“煤改电”等清洁燃料改造工程，有利于保护环境
D．推广使用聚二氧化碳可降解塑料，能减少白色污染
5．化学与社会、生活和生产密切联系．下列物质的应用中不涉及电子转移的是（　　）
A．明矾、硫酸铁作净水器
B．医用双氧水做杀菌消毒剂
C．铁粉、碳粉和氯化钠的混合物作食品的去氧剂
D．CaO2作运输水产品的供氧剂
12．有机物X（）是临床一种应用广泛的药物，它的一条合成路线如图：

提示：Ⅰ．图中部分反应条件及部分反应物、生成物已略去
Ⅱ．碳碳双键，羧基，醛基等官能团对它的α碳影响比较大，使碳能与氯气发生反应，如：
CH3CH2CH=CH2+Cl2$\stackrel{△}{→}$
Ⅲ．R-ONa+Cl-R′$\stackrel{△}{→}$R-O-R′+NaCl（R-、R′-代表烃基）
（1）有机物X的分子式为C12H13O3Cl；含有的官能团名称为酯基、醚键、氯原子．
（2）A 的结构简式为（CH3）2CHCOOH，D的结构简式为．
（3）写出B与足量NaOH溶液反应的化学方程式+2NaOH$\stackrel{△}{→}$+NaCl+H2O．
（4）实现反应①的转化，可加入的物质是b（填选项字母）．
a．CH3COOH    b．NaOH    c．NaHCO3    d．浓溴水
（5）反应②的反应类型为取代反应，甲有多种同分异构体，同时满足以下条件的所有甲的同分异构体有20种（不考虑立体异构）
①1，3，5-三取代苯；
②属于酯类且既能与FeCl3溶液显紫色，又能发生银镜反应；
③1mol该同分异构体最多能与3molNaOH反应．
9．对二甲苯 （ PX ）是生产矿泉水瓶 （聚对苯二甲酸乙二酯，简称 PET ）的必要原料，生产涉及的反应之一如下：
5 （PX）+12MnO4-+36H+→5 （PTA）+12Mn2++28H2O，下列有关说法错误的是（　　）
A．PTA 是该反应的氧化产物
B．PTA 与乙二醇通过缩聚反应即可生产 PET 塑料
C．PX 分子含有苯环的同分异构体还有 3 种
D．该反应消耗 1molPX，共转移 10mol电子
10．下列说法不正确的是（　　）
A．构成有机物的骨干元素是碳
B．构成地壳的骨干元素是Si，在二氧化硅晶体中每个Si原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结台2个Si原子，[SiO4]四面体向空间无限伸展，形成立体网状结构
C．单质Si是制作计算机芯片的主要材料，SiO2是制取光导纤维的主要材料
D．空气中含量最大的元素是N．海水中含量最大的元索是C1，太阳系中含量最大的元素是H

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