Question

【題目】Ⅰ．高鐵酸鹽在能源，環(huán)保等方面有著廣泛的用途。高鐵酸鉀（K2FeO4）不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置：

（1）該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為_________________；若維持電流強(qiáng)度為lA，電池工作10 min，理論消耗Zn______g（己知F＝965OOC/mol，計(jì)算結(jié)果小數(shù)點(diǎn)后保留一位數(shù)字）。

（2）鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向______（填“左”或“右”，下同）池移動(dòng)；若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向______移動(dòng)。

（3）圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線．由此可得出高鐵電地的優(yōu)點(diǎn)有______________。

Ⅱ．第三代混合動(dòng)力車，可以用電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)或二者結(jié)合推動(dòng)車輛。汽車上坡或加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供推動(dòng)力．降低汽油的消耗；在剎車或下坡時(shí)，電池處于充電狀態(tài)。

（4）混合動(dòng)力車的內(nèi)燃機(jī)以汽油為燃料，汽油（以辛烷C8H18計(jì)）和氧氣充分反應(yīng)，生成1 mol 水蒸氣放熱550kJ；若1 g水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水放熱2.5kJ，則辛烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為_____________。

（5）混合動(dòng)力車目前一般使用鎳氫電池，該電池中鎳的化合物為正極，儲(chǔ)氫金屬（以M表示）為負(fù)極，堿液（主要為KOH）為電解質(zhì)溶液。鎳氫電池充放電原理示意如圖，其總反應(yīng)式為：

H2+2NiOOH2Ni(OH)2。

根據(jù)所給信息判斷，混合動(dòng)力車上坡或加速時(shí)．乙電極周圍溶液的pH______（填“增大”,“減小”或“不變”），該電極的電極反應(yīng)式為_______________。

（6）遠(yuǎn)洋輪船的鋼鐵船體在海水中易發(fā)生電化學(xué)有腐蝕中的______腐蝕。為防止這種腐蝕，通常把船體與浸在海水里的Zn塊相連，或與像鉛酸蓄電池這樣的直流電源的______（填“正”或“負(fù)”）極相連，鉛酸蓄電池放電時(shí)的總反應(yīng)式為_____________。

Ⅲ．（7）市售一次電池品種很多，除熟知的普通鋅錳干電池外．還有堿性鋅錳電池，鋰電池等。堿性鋅錳電池的正極材料為_________，該電池放電時(shí)的電極反應(yīng)式為________。

Ⅳ.催化劑是化工技術(shù)的核心，絕大多數(shù)的化工生產(chǎn)均需采用催化工藝。

（8）人們常用催化劑來(lái)選擇反應(yīng)進(jìn)行的方向．圖1所示為一定條件下1 mol CH3OH 與O2發(fā)生反應(yīng)時(shí)．生成CO 、CO2或HCHO的能量變化圖[反應(yīng)物O2(g)和生成物H2O(g)略去]。在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應(yīng)主要生成________（填“CO” 、“CO2”或“HCHO”）；2HCHO(g)+O2(g)=2CO(g)+2H2O(g) △H=________。

Answer 1

【答案】 FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH- 0.2 右 左 使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定 C8H18(l)+ O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) △H=-5355kJ/mol 增大 NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH- 吸氧 負(fù) Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O MnO2 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH- HCHO -470kJ/mol

【解析】Ⅰ．（1）根據(jù)電池裝置，Zn做負(fù)極，C為正極，高鐵酸鉀的氧化性很強(qiáng)，左邊燒杯只能生成三價(jià)鐵，三價(jià)鐵離子在堿溶液中沉淀下來(lái)，正極上高鐵酸鉀發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧化鐵，正極電極反應(yīng)式為：FeO42-+4H2O+3e-＝Fe(OH)3↓+5OH-，若維持電流強(qiáng)度為1A，電池工作十分鐘，通過(guò)電子為1A×600s÷(96500C/mol)，則理論消耗Zn為1A×600s÷(96500C/mol)×1/2×65g/mol=0.2g；（2）鹽橋中陰離子移向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋起的作用是使兩個(gè)半電池連成一個(gè)通路，使兩溶液保持電中性，起到平衡電荷，構(gòu)成閉合回路，放電時(shí)鹽橋中氯離子向右移動(dòng)，用某種高分子材料制成陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)；（3）由圖可知高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有：使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定；

Ⅱ．（4）辛烷C8H18和氧氣充分反應(yīng)，生成lmol水蒸氣放熱550kJ，當(dāng)生成9mol水蒸氣則會(huì)放出550kJ×9=4950kJ的能量；若1g水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水放熱2.5kJ，則9mol水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水放出的熱量是2.5kJ×9×18＝405kJ，因此辛烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式為C8H18(l)+ O2(g)＝8CO2(g)+9H2O(l) △H=-5355kJ/mol；（4）混合動(dòng)力車上坡或加速時(shí)，發(fā)生的是放電過(guò)程，在乙電極，發(fā)生電極反應(yīng)：NiOOH+H2O+e-＝Ni(OH)2+OH-，該極附近氫氧根濃度增大，所以堿性增強(qiáng)，電極周圍溶液的pH增大；（6）鋼鐵船體在海水中易發(fā)生電化學(xué)腐蝕中的吸氧腐蝕，在電解池中，陰極是被保護(hù)的電極，可以把船體與浸在海水里的Zn塊相連，或與電源的負(fù)極相連；鉛酸蓄電池放電時(shí)的總反應(yīng)式為Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O；

Ⅲ．（7）堿性鋅錳電池的正極材料為MnO2，該電池放電時(shí)的電極反應(yīng)式為2MnO2+2H2O+2e-＝2MnOOH+2OH-。

Ⅳ.（8）催化劑降低反應(yīng)的活化能，因此根據(jù)圖像可知在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應(yīng)主要生成HCHO；根據(jù)圖像可知反應(yīng)2HCHO(g)+O2(g)=2CO(g)+2H2O(g)的△H＝－2×（676－158－283）kJ/mol＝－470kJ/mol。