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1、电化学的计算1、能源是国民经济发展的重要基础,我国目前使用的能源主要是化石燃料。 (1)在 25、101 kPa 时,16 g CH 4完全燃烧生成液态水时放出的热量是 890.31 kJ,则 CH4燃烧的热化学方程式为_。(2)已知:C(s)+O2(g)=CO2(g);H-437.3 kJmol -1 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);H-285.8 kJmol -1CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);H-283.0 kJmol -1 则煤气化反应 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) 的焓变 H_kJmol -1。(3)如下图所示组成闭合回路,其中,甲装置中 C
2、H4为负极,O 2和 CO2的混合气体为正极,稀土金属材料为电极,以熔融碳酸盐为电解质;乙装置中 a、b 为石墨,b 极上有红色物质析出,CuSO 4溶液的体积为200 mL。甲装置中气体 A 为_ (填“CH 4”或“O 2和 CO2”),d 极上的电极反应式为_。乙装置中 a 极上的电极反应式为_。若在 a 极产生 112mL(标准状况)气体,则甲装置中消耗 CH4_ mL (标准状况),乙装置中所得溶液的 pH=_。(忽略电解前后溶液体积变化) 如果乙中电极不变,将溶液换成饱和 Na2SO4溶液,当阴极上有 a mol 气体生成时,同时有 w g Na2SO410H2O 晶体析出,若温度
3、不变,剩余溶液中溶质的质量分数应为_(用含 w、a 的表达式表示,不必化简)。答案(1) CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-890.31kJmol-1(2)131.5 (3) CH4;O 2+4e-+2CO2=2CO32-4OH - -4e- = O2+2H2O ;56 ;1 (w142/322)/( w+18a)100%2、在如图用石墨作电极的电解池中,放入 500mL 含一种溶质的某蓝色硫酸盐溶液进行电解,观察到 A 电极表面有红色的固态物质生成,B 电极有无色气体生成。请回答下列问题(1)请写出 B 极板的名称:_电极反应式_写出电解时反应的总离子方程式_
4、(2)若当溶液中的原有溶质完全电解后,停止电解,取出 A 电极,洗涤、干燥、称量、电极增重 1.6g。电解后溶液的 pH 为_;要使电解后溶液恢复到电解前的状态,则需加入_,其质量为_g。(假设电解前后溶液的体积不变)(3)若原溶液为 1L K2SO4、CuSO 4的混合溶液,且 c(SO 42-)= 2.0mol/L;如图装置电解,当两极都收集到 22.4L 气体(标准状况)时,停止电解。则原溶液中的 c(K+)_答案(1)阳极;4OH -4e-=2H2O+O2;2Cu 2+2H2O 2Cu+O2+4H + (2)PH=1;CuO(或 CuCO3) ;2(或 3.1)(3)c(K +)=2m
5、ol/L3、氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能 30以上。在这种工艺设计中,相关物料的传输与转化关系如下图所示,其中的电极未标出: 回答下列有关问题:(1)电解池的阴极反应式为_。(2)通入空气的电极的电极反应式为_,燃料电池中阳离子的移动方向_(“从左向右”或“从右向左”)。(3)电解池中产生 2 mol Cl2,理论上燃料电池中消耗 O2的物质的量为_。(4)a、b、c 的大小关系为:_。答案(1)2H 2O + 2e = H2 + 2OH (或 2H+ 2e = H2)(2)O 2 + 2H2O + 4e = 4OH 从左向右 (3)1 mol (4)ca
6、b4、(1)在 298K 时,1molC 2H6在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水,放出热量 1558.3 kJ。写出该反应的热化学方程式_。(2)利用该反应设计一个燃料电池:用氢氧化钾溶液作电解质溶液,多孔石墨做电极,在电极上分别通入乙烷和氧气。写出通入乙烷气体的电极电极反应方程式:_。(3)在下图所示实验装置中,石墨棒上的电极反应式为_;如果起始时盛有 1000mL pH=5的硫酸铜溶液(25,CuSO 4足量),一段时间后溶液的 pH 变为 1,若要使溶液恢复到起始浓度(温度不变,忽略溶液体积的变化),可向溶液中加入_(填物质名称),其质量约为_。答案(1)2C 2H6(g)+ 7O
7、2(g)= 4CO 2(g)+ 6H 2O(l) H = -3116.6 kJ/mol (2)C 2H6 -1 e- + 18OH- = 2CO32- + 12H2O (3)4OH - - 4e- = O2+ 2H 2O;氧化铜(或碳酸铜) ;4g(或 6.2g)5、银锌碱性蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置。电池放电时的反应原理是:Zn+Ag 2O+H2O2Ag+Zn(OH)2。现用该蓄电池电解 c(NO3-)6molL -1的 KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液 500mL,当通电一段时间后,两极均收集到 22.4L 气体(标准状况) (电解池的电极均为石墨电极) 。回答下列问题:(
8、1)银锌碱性蓄电池的正极反应式为_。(2)电解过程中,阳极反应式为_;阴极反应式为_。(3)上述电解过程中共转移电子总数_。(4)电解得到的 Cu 的质量为_。 (5)原混合溶液中 c(K+)为_。 (6)电解后溶液中 c(H+)_4mol/L(选填“” “” “” ) 。答案(1)Ag 2O + H2O +2e-2Ag +2OH-(2)4OH -4e-2H 2O+O2;Cu 2+2e-Cu、2H + 2e-H 2(或 4H2O + 4e-2H 2 + 4OH-)(3)4N A (4)64g (5)2 molL-1(6)(1)该原电池中,较活泼的金属锌失电子作负极,氧化银作正极,正极上氧化银得
9、电子和水反应生成银和氢氧根离子,电极反应式为:Ag 2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-故答案为:Ag 2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-(2)电解过程中,阳极上氢氧根放电生成氧气和水,4OH -4e-=2H2O+O2;阴极上先是铜离子放电生成铜,当铜离子完全析出时,氢离子放电生成氢气,电极反应式为 Cu2+2e-=Cu,2H +2e-=H2(或4H2O+4e-=2H2+4OH-)故答案为:4OH -4e-=2H2O+O2;Cu 2+2e-=Cu,2H +2e-=H2(或 4H2O+4e-=2H2+4OH-)(3)电解过程中,阳极上失电子,阴极上得电子,根据氧气与转移电子之间的关系式计算
10、设转移电子为 X4OH-4e-=2H2O+O2;4NA 22.4LX 22.4L X=4NA故答案为 4NA(4)氢氧根离子失去 4NA 电子析出 22.4L 氧气转移电子,氢离子得到 2NA电子析出 22.4L 氢气,所以铜离子得到 2NA电子析出铜单质设铜单质的质量是 yCu2+2e-=Cu 2NA 64g2NA yy=64g故答案为 64g(5)铜的质量是 64g,其物质的量是 1mol,则 C(Cu 2+)=1mol0.5L=2mol/L,c(NO 3-)=6molL -1;设钾离子的物质的量浓度为 z,根据溶液呈电中性,溶液中阴阳离子所带电量相等得,2C(Cu 2+)+C(K+)=c
11、(NO 3-),所以C(K+)=c(NO 3-)-2C(Cu 2+)=2mol/L故答案为:2 molL -1 (6)根据 4OH-4e-=2H2O+O2知,生成 22.4L 氧气需要氢氧根离子 4mol,根据 2H+2e-=H2知,生成 22.4L 氢气需要氢离子 2mol,水电离出的氢离子和氢氧根离子个数相同,所以溶液中氢离子的物质的量是 2mol,电解过程中溶液的体积减小,所以 c(H +)2mol0.5L=4mol/L6、设计燃料电池使汽油氧化直接产生电流,是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入汽油蒸气,电池的电解质是掺杂了 Y2O
12、3的 ZrO2晶体,它在高温下能传导 O2-。回答下列问题: (1)以辛烷为汽油的代表物,则这个电池放电时必发生反应的化学方程式是_。(2)这个电池负极的电极反应式为 C8H18 + 25O2- 8CO 2 + 9H2O +50e-,正极的电极反应式为_。固体电解质里 O2-的移动方向是_,向外电路释放电子的电极是_。(3)用此蓄电池分别电解以下两种溶液,假如电路中转移了 002mole -,且电解池的电极均为惰性电极,试回答下列问题。电解 M(NO3)x溶液时某一电极增加了 agM,则金属 M 的相对原子质量_(用含“a、x”的表达式表示) 。电解含有 001mol CuSO 4和 001m
13、ol NaCl 的混合溶液 100mL,阳极产生的气体在标准状况下的体积是_;将电解后的溶液加水稀释至 1L,此时溶液的 C(H +)=_。答案(1)2C 8H18+25O216CO 2+18H2O(2)O 2+4e-2O 2-;由正极流向负极;负极(或“通石油蒸汽的电极” )(3) ;0.168L;0.01molL -1n(CuSO4)=0.01mol n(NaCl )=0.01mol当 Cu2+在阴极恰好全部析出时,Cu2+2e-=Cu1 20.1mol XX=0.2mol阳极:2Cl-2e-=Cl22 2 10.1mol Y1 Y2Y=0.1mol0.2molY2=0.05mol说明后 OH-放电,OH-失去电子的物质的量=0.2mol-0.1mol=0.1mol4OH- -4e- = O2 + 2H2O,4 4 1X1 0.1mol X2X1=0.1mol X2=0.025mol产生的气体是氯气和氧气,气体总物质的量=0.05mol+0.025mol=0.075mol则所得溶液中 n(H+)=n(OH-)=0.1molC(H+)=0.1mol/1L=0.1mol/L PH=-lg0.1=1H2O=H+ + OH- 知溶液中剩余 0.025mol4=0.1molH+,故溶液 pH=17、利用太阳光分解水制氢是未来解决能源危机的理想方法之一.某研究小组设计