题目内容

【题目】如图为原电池装置示意图。

(1)将铝片和铜片用导线相连,一组插入浓硝酸中,一组插入烧碱溶液中,分别形成了原电池,在这两个原电池中,作负极的分别是________(填字母)。

A.铝片、铜片 B.铜片、铝片

C.铝片、铝片 D.铜片、铜片

写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式:______________________________。

(2)若A为Pb,B为PbO2,电解质为H2SO4溶液,工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。写出B电极反应式:__________________________;该电池在工作时,A电极的质量将________(填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4,则转移电子的数目为________。

(3)若A、B均为铂片,电解质为KOH溶液,分别从A、B两极通入H2和O2,该电池即为氢氧燃料电池,写出A电极反应式:___________________________________;该电池在工作一段时间后,溶液的碱性将________(填“增强”“减弱”或“不变”)。

(4)若A、B均为铂片,电解质为H2SO4溶液,分别从A、B两极通入CH4和O2,该电池即为甲烷燃料电池,写出A电极反应式:___________________________________;若该电池反应消耗了6.4克CH4,则转移电子的数目为________。

【答案】B Al-3e-+4OH- =AlO2-+2H2O PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O 增加 0.1NA H2+2OH--2e-=2H2O 减弱 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 3.2NA

【解析】

(1)利用构成原电池的条件之一:负极与电解质溶液发生氧化还原反应进行分析;

(2)根据总反应式以及原电池工作原理,PbO2在正极上发生反应,得到电子,生成PbSO4,据此分析;

(3)燃料电池中通燃料一极为负极,通氧气或空气一极为正极,然后书写电极反应式;

(4) 燃料电池中通燃料一极为负极,通氧气或空气一极为正极,然后书写电极反应式;

(1)常温下,铝与浓硝酸发生钝化反应,Cu能与硝酸发生氧化还原反应,因此Cu作负极; Al能与NaOH溶液发生氧化还原反应,Cu不与氢氧化钠溶液反应,因此Al为负极;故选项B正确;Al与氢氧化钠溶液的反应离子方程式为 Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O;

(2)B电极为PbO2,根据总反应,PbO2中Pb的化合价降低,根据原电池工作原理,B电极为正极,电极反应式为PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O;A电极为负极,电极反应式为Pb-2e-+SO42-=PbSO4,PbSO4微溶于水,因此A电极的质量增加;根据总反应,消耗0.1mol硫酸的同时,消耗PbO2的物质的量为=0.05mol,即转移电子物质的量为0.05mol×2=0.1mol,转移电子的数目是0.1NA;

(3)A电极通入H2,即该电极为负极,电解质为KOH溶液,因此A电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O;构成氢氧燃料电池,总反应方程式为2H2+O2=2H2O,生成的H2O稀释KOH,溶液的碱性减弱;

(4)A电极通入CH4,该电极为负极,电解质为H2SO4溶液,其电极反应式为CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+;根据A电极反应式,消耗6.4gCH4,转移电子的数目为=3.2NA。

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反应I:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.8kJ·mol-1

反应II:CH3OCH3(g)+H2O(g) 2CH3OH(g) △H2=+23.4kJ·mol-1

反应III:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H3

(1)△H3=_____________kJ·mol-1

(2)恒温恒容条件下,在密闭容器中通人等物质的量的CO2和H2,发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是_______(填序号)。

A.容器内的混合气体的密度保持不变B.反应体系总压强保持不变

C.CH3OH和CO2的浓度之比保持不变D.断裂3NA个H-O键同时断裂2NA个C=O键

(3)反应II在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下,在密闭容器中加人等物质的量的 CH3OCH3(g)和H2O(g),反应到某时刻测得各组分浓度如下:

物质

CH3OCH3(g)

H2O(g)

CH3OH(g)

浓度/mol·L-1

1.6

1.6

0.8

此时 ___(填“>”、“<”或“=”),当反应达到平衡状态时,混合气体中CH3OH 体积分数 V(CH3OH)%= _____%。

(4)在某压强下,反应III在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6 mol CO2和12 mol H2充入3 L的密闭容器中,10 min后反应达到平衡状态,则0-10 min内的平均反应速率V(CH3OCH3)=____。

(5)恒压下将CO2和氏按体积比1 :3混合,在 不同催化剂作用下发生反应I和反应III,在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如下图。

其中:CH3OH的选择性=×100%

230℃,CH3OH产率随温度升高而下降的原因是________。

②在上述条件下合成甲醇的工业条件是_________。

A. 230℃ B. 210℃ C.催化剂 CZT D.催化剂 CZ(Zr-1)T

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