电化学补充题.doc

电化学综合题
1、对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。
（1）含氰废水中的CN － 有剧毒。
①CN － 中C元素显+2价， N元素显-3价，用原子结构解释N元素显负价的原因是 。
②在微生物的作用下，CN － 能够被氧气氧化成HCO 3 - ，同时生成NH 3 ，该反应的离子方程式为 。
（2）含乙酸钠和对氯酚（ ）的废水可以利用微生物电池除去，其原理如下图所示。

①B是电池的        极（填“正”或“负”）；②A极的电极反应式为          。
（3）电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如下图所示（图中“HA”表示乳酸分子，A -表示乳酸根离子）。

①阳极的电极反应式为          。 
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：           。
③ 电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6-8，此时进入浓缩室的OH - 可忽略不计。400mL 10 g/L 乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 g/L（溶液体积变化忽略不计），阴极上产生的H 2 在标准状况下的体积约为        L。（乳酸的摩尔质量为90 g/mol -1 ）
2.科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10mol水消耗的能量是_____________kJ；
（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_____________；
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：T1、T2均大于300℃）；

下列说法正确的是______（填序号）
①温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为
v(CH3OH)= mol·L-1·min-1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大
（4）在T1温度时，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为______；
（5）在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1KJ,则该燃料电池的理论效率为________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）
3、次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。回答下列问题：
（1）H3PO2是一元中强酸，写出其电离方程式_______________________。
（2）H3PO2和NaH2PO2均可将溶液中的Ag+还原为Ag，从而可用于化学镀银。
①H3PO2中，P元素的化合价为__________。
②利用H3PO2进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4:1，则氧化产物为___________（填化学式）。
③NaH2PO2为___________（填“正盐”或“酸式盐”），其溶液显_______（填“弱酸性”、“中性”或“弱碱性”）。
（3）H3PO2的工业制法是：将白磷（P4）与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2，后者再与H2SO4反应，写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式___________________________________________。
（4）H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应____________________________________。
②分析产品室可得到H3PO2的原因___________________________________。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质，该杂质产生的原因是 。
（5）PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为 ，阴极上观察到的现象是 ，若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极方书生的电极反应式为 ，这样做的主要缺点是
。
4、铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO4溶液时需加入少量稀H2SO4，其原因是 （只写离子方程式）。
（2）某同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe+CuSO4=Cu+FeSO4设计成铁铜原电池，请图甲中的横线上完成标注。
（图甲）
KCl溶液
Cu

FeSO4
溶 液
（图乙
离子交换膜
电极
(催化剂)
电极
(催化剂)
Cu
Fe
CuSO4
溶 液
a
b
KOH溶液
(Ⅰ)
(Ⅱ)

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入
(填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式为 ==4OH-；
若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为448mL(标准状况下)时，溶液的pH= （假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu2+等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除
去[室温下Ksp(FeS)＝6.3×10－18mol2·L－2，Ksp(CuS)＝1.3×10－36mol2·L－2]。请结合离
子方程式说明上述除杂的原理：当把Fe S加入工业废水中后，    
直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu2+。

【答案】（1）H3PO2H+＋H2PO2-
(2)①+1。②H3PO4。③正盐，碱性。
（3）2P4＋3Ba(OH)2＋6H2O＝2PH3↑＋3Ba(H2PO2)2
（4）①2H2O－4e-＝4H＋＋O2↑或4OH-－4e-＝2H2O＋O2.
②由于阳极室OH-放电，造成H+浓度增大，通过阳膜扩散进入产品室，而原料室中的H2PO2-可以通过阴膜进入产品室，二者反应生成H3PO2.
③H3PO4或PO43-。由于H3PO2具有还原性，电解时就会有H3PO2在阳极放电而被氧化生成H3PO4。
【解析】（1）一元酸，只发生一步电离，中强酸是弱电解质：H3PO2H+＋H2PO2-
(2)①利用元素化合价代数和为零，得出P元素为+1价。
②H3PO2做还原剂，Ag+是氧化剂，二者1︰4反应，则H3PO2失去4个电子，P元素变为+5价，生成H3PO4。
③由于H3PO2是一元酸，所以NaH2PO2是正盐，弱酸强碱盐水解显碱性。
（3）反应的反应物与产物都给出，是P元素的歧化反应，注意配平就可以：2P4＋3Ba(OH)2＋6H2O＝2PH3↑＋3Ba(H2PO2)2
（4）①阳极室电极上发生氧化反应，失电子的是OH-。2H2O－4e-＝4H＋＋O2↑或4OH-－4e-＝2H2O＋O2↑.
②由于阳极室OH-放电，造成H+浓度增大，H+通过阳膜进入产品室，而原料室中的H2PO2-可以通过阴膜进入产品室，生成H3PO2.
③由于H3PO2具有还原性，电解时就会有H3PO2在阳极放电而生成H3PO3。
（1）①C和N的原子电子层数相同（同周期），核电荷数C小于N，原子半径C大于N（吸引电子能力C弱于N）
注：以递变规律的方式表述也给分。如“C和N同周期，C在N的左边。同周期元素从左至右核电荷数逐渐增多，原子半径逐渐减小，核对最外层电子的引力逐渐减弱”）
② 2CN － + 4H 2 O + O 2   2HCO 3 － + 2NH 3 
（2）①负；②Cl－  －OH + 2e － + H + ="=="  －OH + Cl － 
（3）①4OH － －4e － ="==" 2H 2 O+O 2 ↑
② 阳极OH - 放电 ，c(H + )增大， H + 从阳极 通过阳离子交换膜进入浓缩室 （1分）； A － 通过阴离子交换膜 从阴极 进入浓缩室 （1分），H + +A － ="==" HA，乳酸浓度增大。
③ 6.72

解释：(1)由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ·mol-1知，1mol H2（g）完全燃烧生成1mol H2O(g)放出热量285.8kJ，即分解1mol H2O(g)为1mol H2（g）消耗的能量为285.8kJ，分解10mol H2O(g)为10mol H2（g）消耗的能量为2858kJ。
(2)写出燃烧热的热化学方程式：
CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ·mol-1 ①
CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H=-726.5kJ·mol-1 ②
用②-①得：
CH3OH(l)+ O2(g)=CO(g)+2 H2O(l) △H=-443.5kJ·mol-1
(3)根据图像分析，由先拐先平数值大原则，T2>T1，温度升高，生成物的平衡时的物质的量减少，故正反应为放热反应。
①中速率用物质的量与时间之比，错误，应该为物质的量浓度与时间之比。
②该反应的正反应为放热反应，T2>T1，所以T1时的平衡常数比T2时的大。
③正确
④处于A点的反应体系从T1变到T2，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时增大。正确。
(4)利用化学平衡的三段模式法计算：
CO2 (g)+3H2(g)= CH3OH(g) +2H2O(g)
起始 1 3 0 0
变化 a 3 a a a
平衡 1-a 3-3a a a
根据压强之比等于物质的量之比，则
容器内的压强与起始压强之比为：(4-2a)/4=1-a/2
(5)这是一个典型的燃料电池的电极反应的书写。电池的理论效率的计算可由消耗1mol甲醇所能产生的最大电能与其燃烧热之比即可求得。702.1/726.5=96.6%
答案：(1) 2858
(2) CH3OH(l)+ O2(g)=CO(g)+2 H2O(l) △H=-443.5kJ·mol-1
(3) ③④
(4)1-a/2
(5) CH3OH(g) +H2O-6e-= CO2 +6H+
3/2O2 + +6H+ +6e-= 3H2O
96.6%