一種由甲醇、氧氣以及強(qiáng)堿做電解質(zhì)溶液的新型手機(jī)電池,容量達(dá)氫鎳電池或鋰電池的10倍,可連續(xù)使用一個月才充一次電.請完成下列與甲醇有關(guān)的問題.
(1)工業(yè)上有一種生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)為:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g);△H=-49.0kJ?mol-1
在溫度和容積相同的A、B兩個容器中,按不同方式投人反應(yīng)物,保持恒溫恒容,經(jīng)10秒鐘后達(dá)到平衡,達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表:
容器AB
反應(yīng)物投入量1molCO2(g)和3molH2(g)1molCH3OH(g)和1molH2O(g)
CH3OH(g)濃度(mol?L-1c1c2
反應(yīng)能量變化放出29.4kJ吸收akJ
①從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時,A中用CO2來表示的平均反應(yīng)速率為
 
(用含C1的表達(dá)式表示).
②a=
 

(2)某同學(xué)設(shè)計了一個甲醇燃料電池,并用該電池電解200mL-定濃度NaCl與CuSO4混合溶液,其裝置如圖:

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式
 

②理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如丙圖所示(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積),寫出在t2后,鐵電極上的電極反應(yīng)式
 
;在t2時所得溶液的pH為
 
.(假設(shè)溶液體積不變)
(3)科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池,其效率更高,可用于航天航空.如圖丁所示裝置中,以稀土金屬材料做惰性電極,在兩極上分別通入CH4和空氣,其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y203的Zr02固體,它在高溫下能傳導(dǎo)02-離子
①d電極的名稱為
 

②如圖戊所示用鉑電極電解足量硫酸銅溶液,b電極上的電極反應(yīng)式為
 
.若電解一段時間后要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài),可加入
 
 (填序號).
a. CuO    b.Cu(OH)2    c.CuC03  d.Cu2(OH)2C03
考點:原電池和電解池的工作原理,反應(yīng)速率的定量表示方法
專題:基本概念與基本理論
分析:(1)①根據(jù)方程式知,1mol二氧化碳完全反應(yīng)放出49kJ能量,則反應(yīng)放出29.4kJ熱量,則參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量=
29.4kJ
49.0kJ/mol
=0.6mol,根據(jù)方程式知,生成c1mol甲醇需要二氧化碳的物質(zhì)的量為c1mol/L,從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時,A中用CO2來表示的平均反應(yīng)速率=
△c
△t
;
②A、B是等效平衡,則A中放出的熱量與B中吸收的熱量之和為49.0kJ;
(2)①甲是原電池,通入甲醇的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極,負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水;
②電解該混合溶液時,陽極上先是氯離子放電生成氯氣、后是氫氧根離子放電生成氧氣,陰極上先是銅離子放電生成Cu單質(zhì),所以沒有氣體生成,然后是氫離子放電生成氫氣,根據(jù)圖象知,I為陰極發(fā)生的反應(yīng)、II為陽極發(fā)生的反應(yīng);
在t2后,鐵電極上氫離子放電生成氫氣、石墨電極上氫氧根離子放電生成氧氣,實際上是電解水;
(3)①根據(jù)電流方向知,c是正極、d是負(fù)極;
②如圖戊所示用鉑電極電解足量硫酸銅溶液,b電極上銅離子放電生成Cu;若電解一段時間后要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài),根據(jù)析出什么加入什么原則加入物質(zhì)即可.
解答: 解:(1)①根據(jù)方程式知,1mol二氧化碳完全反應(yīng)放出49kJ能量,則反應(yīng)放出29.4kJ熱量,則參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量=
29.4kJ
49.0kJ/mol
=0.6mol,根據(jù)方程式知,生成c1mol甲醇需要二氧化碳的物質(zhì)的量為c1mol/L,從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時,A中用CO2來表示的平均反應(yīng)速率=
△c
△t
=
c1mol/L
10s
=0.1c1 mol/(L?S),
故答案為:0.1c1 mol/(L?S);
②A、B是等效平衡,則A中放出的熱量與B中吸收的熱量之和為49.0kJ,則a=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ,
故答案為:19.6;
(2)①甲是原電池,通入甲醇的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極,負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水,電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,故答案為:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;
②電解該混合溶液時,陽極上先是氯離子放電生成氯氣、后是氫氧根離子放電生成氧氣,陰極上先是銅離子放電生成Cu單質(zhì),所以沒有氣體生成,然后是氫離子放電生成氫氣,根據(jù)圖象知,I為陰極發(fā)生的反應(yīng)、II為陽極發(fā)生的反應(yīng),陽極電極反應(yīng)式為2H++2e-=H2↑;
在t2后,鐵電極上氫離子放電生成氫氣、石墨電極上氫氧根離子放電生成氧氣,實際上是電解水,所以溶液pH變化的為t1-t2時間段,陽極上生成氧氣體積為(336-224)mL=112mL=0.112L,陽極電極反應(yīng)式為
2H2O-4e-=4H++O2↑,根據(jù)2H2O-4e-=4H++O2↑知,c(H+)=
0.112L
22.4L/mol
×4
0.2L
=0.1mol/L,則溶液的pH=1,
故答案為:2H++2e-=H2↑;1;
(3)①根據(jù)電流方向知,c是正極、d是負(fù)極,故答案為:負(fù)極;
②如圖戊所示用鉑電極電解足量硫酸銅溶液,b電極上銅離子放電生成Cu,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-═Cu;若電解一段時間后要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài),根據(jù)析出什么加入什么原則加入物質(zhì)即可,用惰性電極電解硫酸銅溶液時,陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu,所以相當(dāng)于析出的物質(zhì)是CuO,加入CuC03,硫酸和CuC03反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化碳,二氧化碳逸出,相當(dāng)于加入CuO,所以加入CuO或CuC03都可以使溶液恢復(fù)原狀,故答案為:Cu2++2e-═Cu;ac.
點評:本題考查較綜合,涉及等效平衡、電解原理、原電池原理等知識點,側(cè)重考查基本理論,明確電解過程中各個電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵,注意(3)②中加入CuC03也能使溶液恢復(fù)原狀,為易錯點.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

在《化學(xué)1》P.44的【拓展視野】中介紹了二氧化氯是一種新型滅菌消毒劑.以下反應(yīng)可制得ClO2:2NaClO3+Na2SO3+H2SO4?2ClO2+2Na2SO4+H2O.對于該反應(yīng),下列說法中正確的是( 。
A、該反應(yīng)是復(fù)分解反應(yīng)
B、Na2SO3發(fā)生氧化反應(yīng)
C、H2SO4是氧化劑
D、NaClO3是還原劑

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

W、X、Y、Z是四種常見的短周期元素,其原子半徑隨原子數(shù)變化如圖所示.已知W的一種核素的質(zhì)量數(shù)為18,中子數(shù)為10,X和Ne原子的核外電子數(shù)相差1,Y的單質(zhì)是一種常見的半導(dǎo)體材料,Z的非金屬性在同周期元素中最強(qiáng).下列說法正確的是(  )
A、對應(yīng)簡單離子半徑:X>W(wǎng)
B、對應(yīng)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性Y>Z
C、化合物XZW既含離子鍵,又含共價鍵
D、Y的氧化物與Z的氧化物和X的最高價氧化物對應(yīng)的水化物均能反應(yīng)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

某強(qiáng)酸性溶液X中僅含有Ba2+、Al3+、NH4+、Fe2+、Fe3+、CO32-、SO32-、SO42-、Cl-、NO3-中的一種或幾種,取該溶液進(jìn)行連續(xù)實驗,實驗過程如下:

根據(jù)以上信息,回答下列問題:
(1)僅根據(jù)上述連續(xù)實驗不能確定溶液X中是否含有的陽、陰離子分別是
 

(2)用離子方程表達(dá)下列反應(yīng):
①中生成氣體A:
 

②中生成溶液H:
 

(3)若②中所用氫氧化鈉濃度為2mol/L,當(dāng)加入l0ml時開始產(chǎn)生沉淀,55ml時沉淀的量達(dá)到最大值0.03mol,繼續(xù)滴加沉淀的量保持不變,隨后再滴加沉淀部分溶解,到60ml時沉淀的量降為0.025mol且保持不變,則原溶液中c(Fe2+)為
 
mol/L、c(Fe3+)為
 
mol/L、c(Cl-)為
 
mol/L.(若有些離子不存在,請?zhí)?mol/L)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

前四周期元素X、Y、Z、W核電荷數(shù)依次增加,核電荷數(shù)之和為58;Y 原子的M層p軌道有3個未成對電子;Z與Y同周期,且在該周期中電負(fù)性最大;W原子的L層電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為4:1,其d軌道中的電子數(shù)與最外層電子數(shù)之比為5:2.
(1)X的元素符號為
 
,Z元素在元素周期表中的位置為
 

(2)Y與X形成共價化合物A,Z與X形成共價化合物B,A與B穩(wěn)定性較強(qiáng)的是
 
(寫分子式).
(3)Y、Z的最高價氧化物的水化物酸性較強(qiáng)的是
 
(寫分子式).
(4)12.4g單質(zhì)Y4所含有的σ鍵數(shù)目為
 

(5)含W元素的最高化合價的含氧酸根離子是
 
,該含氧酸根離子在分析化學(xué)中有重要作用,在酸性條件下該含氧酸根離子可將Fe2+氧化成Fe3+,請寫出該反應(yīng)的離子方程式:
 
.若要檢驗是否有Fe3+生成,寫出實驗操作,現(xiàn)象及結(jié)論:
 

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

某有機(jī)物X(C12H14O7)的分子中含有多種官能團(tuán),其結(jié)構(gòu)簡式為(其中R1、R2為未知部分的結(jié)構(gòu)),已知X可以發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化:

已知
1)向X、E的水溶液中滴入FeCl3溶液均發(fā)生顯色反應(yīng);
2)E的核磁共振譜圖中只有兩個峰,面積比為1:2;
3)G、M(C2H2O4)都能與NaHCO3溶液反應(yīng).
(1)寫出X的結(jié)構(gòu)簡式為
 

(2)1mol X與NaOH溶液反應(yīng)時,消耗
 
mol NaOH.
(3)E的結(jié)構(gòu)簡式是
 
;B的命名為
 

(4)①寫出B轉(zhuǎn)化成D的化學(xué)方程式:
 

②寫出A溶液與CO2反應(yīng)的離子方程式:
 

(5)H與G互為同分異構(gòu)體,H的分子中只含有醛基、羧基、羥基三種官能團(tuán),且同一個碳原子上不能同時連有兩個羥基,則H的分子結(jié)構(gòu)有
 
種.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

某Na2CO3固體樣品中混有一定量的Na2SO4(設(shè)均不含結(jié)晶水),某化學(xué)興趣小組采用兩種方案測定該樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù),試回答下列問題.

方案一:利用如圖1方案完成Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定:
(1)操作③和④的名稱分別為
 
,
 

(2)上述操作①~④中,使用到玻璃棒的有
 
(填操作序號).
(3)判斷操作②是否完成的方法是
 

方案二:采用如圖2實驗裝置(夾持儀器已省略),選用下列試劑:a.濃硫酸  b.飽和NaHCO3溶液  c.6mol/L鹽酸  d.2mol/L硫酸  e.堿石灰  f.無水CaCl2,測定樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù):
(4)填寫表中空格:
儀器試劑加入該試劑的目的
A
 
鼓入空氣時洗去CO2
B
 
使樣品充分反應(yīng)放出氣體
Ca
 
De充分吸收CO2
Ee
 

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

實驗室欲配制1mol/L的NaOH溶液90mL,其操作可分為以下各步:
A.用
 
稱取
 
 g NaOH固體,并放在燒杯中用適量蒸餾水溶解,同時用玻璃棒不斷攪拌;
B.用約30mL蒸餾水,分成2-3次洗滌
 
 
,將每次洗液都轉(zhuǎn)入
 
里;
C.檢查容量瓶口部是否漏水;
D.待燒杯中的NaOH溶液
 
 后才能小心轉(zhuǎn)入容量瓶里;
E.將蒸餾水直接加入容量瓶,至液面接近刻度線
 
處;
F.蓋緊瓶塞,反復(fù)顛倒振蕩,搖勻溶液;
G.用向容量瓶里逐滴滴入蒸餾水,至液面最低點恰好和刻度線相切.
據(jù)此填寫:(1)上述各步的空白處.
(2)正確的操作順序是(填寫字母)
 

(3)下列是一些同學(xué)操作,可能引起實驗誤差的是(填偏高、偏低、無影響)
A、原容量瓶洗滌后未干燥
 
   B、定容時,俯視刻度線
 

C、燒杯或玻璃棒未經(jīng)洗滌
 
   D、稱量固體NaOH時已經(jīng)潮解
 

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(1)甲烷制氫是一種廉價的制氫方法.有關(guān)的熱化學(xué)方程式如下:
CH4(g)+
1
2
O2(g)?CO(g)+2H2(g);△H=-36kJ/mol…①
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H=+216kJ/mol…②
①下列說法正確的是
 

A.2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)△H=+504kJ/mol
B.當(dāng)反應(yīng)①中υ(CH4=υ(CO)時,表明該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)
C.其它條件不變時,增大體系壓強(qiáng),反應(yīng)①②中甲烷的轉(zhuǎn)化率均增大
D.為維持恒定溫度(不考慮熱量損失),某反應(yīng)器中同時發(fā)生反應(yīng)①與②時,消耗甲烷的物質(zhì)的量之比為6:1
②某溫度下,在100L反應(yīng)器中充入甲烷和水蒸汽的物質(zhì)的量分別為100mol和300mol時,假定只發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g).當(dāng)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5時,此時平衡常數(shù)為
 

(2)藍(lán)液是由NaNO3、NaNO2及NaOH配成的,在加熱條件下,通過三步反應(yīng)使鐵表面生成一層致密的Fe3O4
3Fe+NaNO2+5NaOH
  △  
.
 
3Na2FeO2+H2O+NH3↑…①;
8Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O
  △  
.
 
4Na2Fe2O4+3NH3↑…②;
以及第三步生成四氧化三鐵.請補充第三步反應(yīng)的方程式并配平:
 

①為了使鋁表面形成較厚的氧化膜,工業(yè)上常用電解硫酸溶液的方法,在陽極上生成氧化鋁,寫出此時陽極的電極反應(yīng):
 

②將固體草酸錳MnC2O4?2H2O放在一個可以稱出質(zhì)量的容器里加熱.固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示(質(zhì)量單位為g):則214℃時,剩余固體的成分為
 
.(填化學(xué)式);在280℃時,剩余固體的成分為
 
.(填化學(xué)式)

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