答案--电化学有关的计算

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℃、101kPa时，16gCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，则CH4燃烧的热化学方程式为_______________________________。(2)已知：C(s)+O2(g)===CO2(g)；ΔH＝-437.3kJ·mol-1H2(g)+1/2O2(g)===H2O(g)；ΔH＝-285.8kJ·mol-1CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)；ΔH＝-283.0kJ·mol-1则煤气化反应C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)的焓变ΔH＝________kJ·mol-1。（3）如下图所示组成闭合回路，其中，甲装置中CH4为负极，O2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，CuSO4溶液的体积为200mL。①甲装置中气体A为_____（填“CH4”或“O2和CO2”），d极上的电极反应式为_____________。②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）③如果乙中电极不变，将溶液换成饱和Na2SO4溶液，当阴极上有amol气体生成时，同时有wgNa2SO4·10H2O晶体析出，若温度不变，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=-890.31kJ·mol-1（2）131.5（3）①CH4；O2+4e-+2CO2=2CO32-②4OH--4e-=O2↑+2H2O；56；1③(w×142/322)/(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________________________（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1LK2SO4、CuSO4的混合溶液，且c（SO42-）=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↑；2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+（2）PH=1；CuO（或CuCO3）；2（或3.1）（3）c（K+）=2mol/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2molCl2，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）2H2O+2e－=H2↑+2OH－（或2H++2e－===H2↑）（2）O2+2H2O+4e－=4OH－从左向右（3）1mol（4）cab4、（1）在298K时，1molC2H6在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量1558.3kJ。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1000mLpH=5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO4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）2C2H6（g）+7O2（g）===4CO2（g）+6H2O（l）△H=-3116.6kJ/mol（2）C2H6-1e-+18OH-===2CO32-+12H2O（3）4OH--4e-===O2↑+2H2O；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+Ag2O+H2O＝2Ag+Zn(OH)2。现用该蓄电池电解c(NO3-)＝6mol·L-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：（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）Ag2O+H2O+2e-＝2Ag+2OH-（2）4OH-―4e-＝2H2O+O2↑；Cu2++2e-＝Cu、2H++2e-＝H2（或4H2O+4e-＝2H2+4OH-）（3）4NA（4）64g（5）2mol·L-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，正极上氧化银得电子和水反应生成银和氢氧根离子，电极反应式为：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-．故答案为：Ag2O+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↑；Cu2++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．设转移电子为X．4OH--4e-=2H2O+O2↑；4NA22.4LX22.4LX=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y．Cu2++2e-=Cu2NA64g2NAyy=64g．故答案为64g．（5）铜的质量是64g，其物质的量是1mol，则C（Cu2+）=1mol0.5L=2mol/L，c（NO3-）=6mol•L-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（Cu2+）+C（K+）=c（NO3-），所以C（K+）=c（NO3-）-2C（Cu2+）=2mol/L．故答案为：2mol•L-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/L．6、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Y2O3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-→8CO2+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0．02mole-，且电解池的电极均为惰性电极，试回答下列问题。①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）。②电解含有0．01molCuSO4和0．01molNaCl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）2C8H18+25O2→16CO2+18H2O（2）O2+4e-＝2O2-；由正极流向负极；负极（或“通石油蒸汽的电极”）（3）①；②0.168L；0.01mol·L-1n（CuSO4）==0.01moln（NaCl）==0.01mol当Cu^2+在阴极恰好全部析出时，Cu^2++2e^-=Cu120.1molXX=0.2mol阳极：2Cl^--2e^-=Cl22210.1molY1Y2Y=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，441X10.1molX2X1=0.1molX2=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/LPH=-lg0.1=1H2O=H++OH-知溶液中剩余0.025mol×4=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.某研究小组设计了如图所示的循环系统实现光分解水制氢，反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供,反应体系中I2和Fe2+等可循环使用。(1)写出电解池A、电解池B和光催化反应池中反应的离子方程式__________________(2)若电解池A中生成3.36LH2(标准状况)，试计算电解池B中生成Fe2+的物质的量(3)若循环系统处于稳定工作状态时，电解池A中流入和流出的HI浓度分别为amol·L-1和bmol·L-1，光催化反应生成Fe3+的速率为cmol·min-1，循环系统中溶液的流量为Q(流量为单位时间内流过的溶液体积)。试用含所给字母的代数式表示溶液的流量Q。答案(1)电解池A：2H++2I-H2↑+I2；电解池B：4Fe3++2H2OO2↑+4H++4Fe2+；光催化反应池：2Fe2++I22Fe3++2I-（2）n(H2)=，转移电子的物质的量为n(e-)=2n(H2)=0.150mol×2=0.300mol因为电解池A、B是串联电解池，电路中转移的电子数目相等。所以，n(Fe2+)=n(e-)=0.300mol答：电解池B中生成