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第七單元　化學反應與能量變化
(滿分:100分)
一、選擇題:本題包括13小題,每小題4分,共52分。每小題只有一個選項符合題意。
1.下列反應中生成物總能量高于反應物總能量的是 (　　)
A.乙醇制乙烯
B.鋁粉與氧化鐵粉末反應
C.電石制乙炔
D.鎂和稀硫酸反應
2.(2024·江蘇無錫聯考)下列熱化學方程式書寫正確的是 (　　)
A.在101 kPa時,2 g H2完全燃燒生成液態水,放出285.8 kJ熱量,氫氣燃燒的熱化學方程式為2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
B.甲烷的燃燒熱為890.3 kJ·mol-1,則甲烷燃燒的熱化學方程式為CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1
C.稀鹽酸和稀NaOH溶液反應生成1 mol H2O(l)的ΔH=-57.3 kJ·mol-1,則H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l)　ΔH=-114.6 kJ·mol-1
D.500 ℃、30 MPa下,將0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密閉容器中充分反應生成NH3(g)放熱19.3 kJ,其熱化學方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-38.6 kJ·mol-1
3.(2024·河南鄭州檢測)MgCO3和CaCO3的能量關系如圖所示(M=Ca、Mg):
下列說法錯誤的是 (　　)
A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0
B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0
C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(MgO)-ΔH3(CaO)
D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
4.金屬R的氫化物RH3是一種儲氫材料,可作為固體火箭推進劑。通過激光加熱引發RH3燃燒反應,燃燒時溫度和時間的變化關系如圖所示。燃燒不同階段發生的主要變化為:
①2RH3(s)===2R(s)+3H2(g)　ΔH1
②H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH2
③R(s)===R(g)　ΔH3
④R(g)+O2(g)===R2O3(s)　ΔH4
下列說法錯誤的是 (　　)
A.2RH3(s)+3O2(g)===R2O3(s)+3H2O(g) H=ΔH1+3ΔH2+2ΔH3+2ΔH4
B.其他條件相同時,等物質的量的R(g)燃燒放出的熱量大于R(s)燃燒放出的熱量
C.氫氣的燃燒熱為ΔH2
D.b~c階段溫度不變的原因可能是反應②放出的熱量被變化③吸收
5.(2024·河北石家莊檢測)環狀碳酸酯廣泛用于極性非質子溶劑、電池的電解質等,某研究團隊報道了一種環氧乙烷衍生物與二氧化碳催化合成環狀碳酸酯的方法,其反應歷程如圖所示(其中R表示烴基)。下列有關說法錯誤的是 (　　)
A.(C4H9)4NBr是反應的催化劑
B.該反應歷程中存在極性鍵的斷裂和形成
C.反應歷程中有3種中間體
D.該反應歷程的總反應屬于加聚反應
6.一種可充電鋰-空氣電池的構造原理如圖所示,放電時,在催化劑多孔材料電極處有Li2O生成。下列說法錯誤的是 (　　)
A.多孔材料能夠促進空氣充分反應
B.不宜選用乙醇作有機電解液
C.鋰電極電勢高于催化劑多孔材料電極
D.放電時多孔材料電極可能發生反應O2+4Li++4e-===2Li2O
7.(2024·山東棗莊三中檢測)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質,發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池,可作儲能設備(如圖所示)。充電時電極a的反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-===Na3Ti2(PO4)3。下列說法正確的是 (　　)
A.充電時,電極b是陰極
B.放電時,NaCl溶液的pH減小
C.充電時,每生成1 mol Cl2,電極a的質量理論上增加64 g
D.放電時,NaCl溶液的濃度增大
8.(2024·江蘇蘇州檢測改編)如圖為一定條件下采用多孔惰性電極的儲氫電池充電裝置(忽略其他有機物)。已知儲氫裝置的電流效率η=×100%,下列說法錯誤的是 (　　)
A.若η=75%,則參加反應的苯為0.8 mol
B.過程中通過C—H的斷裂實現氫的儲存
C.采用多孔電極增大了接觸面積,可降低電池能量損失
D.生成目標產物的電極反應式為C6H6+6e-+6H+===C6H12
9.空間實驗室“天宮一號”的供電系統中有可再生氫氧燃料電池(RFC),RFC是一種將水電解技術與氫氧燃料電池技術相結合的可充電電池。RFC的工作原理如圖如示。下列說法正確的是 (　　)
A.當有0.1 mol電子發生轉移時,a電極產生2.24 L H2(標準狀況)
B.b電極上發生的電極反應為2H2O+2e-===H2↑+2OH-
C.c電極上發生還原反應,B池中的H+可以通過隔膜進入A池
D.d電極上發生的電極反應為O2+4H++4e-===2H2O
10.一種清潔、低成本的三步法氯堿工藝工作原理如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.第一步中陽極反應為Na0.44-xMnO2+xNa++xe-===Na0.44MnO2
B.第二步中Ag電極上的反應為Ag-e-===Ag+
C.第三步中,放電結束后,電解質溶液的pH不變
D.理論上,每消耗22.4 L O2,可生產2 mol Cl2
11.(2024·河北石家莊檢測改編)鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域,用雙極膜電解制備金屬鈷的裝置如圖所示。雙極膜是一種離子交換復合膜,在直流電場作用下能將中間層的水分子解離成H+和OH-,并分別向兩極遷移。下列說法錯誤的是 (　　)
A.電解池工作時,陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH增大
B.當電路中轉移2 mol電子時,陰離子交換膜左側溶液的質量理論上增加80 g
C.電解過程中右側溶液中的S透過陰離子交換膜移向左側
D.電解總反應:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
12.(2024·遼寧大連檢測)某課題組從催化劑結構與性能間關系的角度,設計了一種催化劑同時作用在陽極和陰極,用于CH3OH氧化和CO2還原反應耦合的混合電解,工作原理如圖甲所示。不同催化劑條件下CO2→CO電極反應歷程如圖乙所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.電解總反應為2CO2+CH3OH2CO+HCOOH+H2O
B.若有2 mol H+穿過質子交換膜,則理論上有44 g CO2被轉化
C.Ni8-TET催化劑的催化效果比Ni-TPP催化劑的好
D.若以鉛蓄電池為電源,則B極應與PbO2極相連接
13.利用微生物電化學處理有機廢水,同時可淡化海水并獲得酸堿。現以NaCl溶液模擬海水、采用惰性電極,用如圖所示的裝置處理有機廢水(以含有機酸CH3COOH溶液為例),在直流電場作用下,雙極膜間的水解離成H+和OH-。下列說法正確的是 (　　)
A.陽極反應式:CH3COOH+2H2O-8e-===2CO2↑+8H+
B.當陰極產生22.4 L(標準狀況)氣體時,理論上可除去模擬海水中11.7 g NaCl
C.產品室生成的物質為鹽酸
D.膜a為陰離子交換膜,膜b為陽離子交換膜
二、非選擇題:本題共3小題,共48分。
14.(16分)(2024·湖北武漢檢測改編)有研究表明,內源性H2S作為氣體信號分子家族新成員,在舒張血管等方面具有重要的生理作用,而籠狀COS(羰基硫)分子可作為H2S的新型供體(釋放劑)。已知COS的分子結構與CO2相似,試回答下列問題。
(1)(2分)COS的結構式為　　　　　　。
(2)(3分)已知:①COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g)　ΔH1=+15 kJ·mol-1。
②COS(g)+H2O(g)H2S(g)+CO2(g) ΔH2=-56 kJ·mol-1。
③CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　ΔH3
則ΔH3=　　　　　　。
(3)(2分)COS可由CO和H2S在一定條件下反應制得。在恒容的密閉容器中發生反應CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)并達到平衡,數據如表所示,則該反應為　　　　　　(填“吸熱反應”或“放熱反應”)。
實驗 溫度 /℃ 起始時 平衡時
n(CO) /mol n(H2S) /mol n(COS) /mol n(H2) /mol n(CO) /mol
1 150 10.0 10.0 0 0 7.0
2 400 20.0 20.0 0 0 16.0
(4)(9分)利用CO2、CH4在一定條件下重整的技術可得到富含CO的氣體,在能源和環境上具有雙重意義。甲烷-二氧化碳重整的催化轉化原理如圖所示。
已知:反應a　CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)　ΔH=+216 kJ·mol-1;
反應b　CH4(g)+2H2O(g)===CO2(g)+4H2(g)　ΔH=+158.6 kJ·mol-1。
①過程(二)實現了含氫物種與含碳物種的分離,寫出生成H2O(g)的化學方程式:　　　　　 　　　　　　。
②假設過程(一)和過程(二)中各步反應均轉化完全,下列說法正確的是　　　　　　(填標號)。
a.過程(一)和過程(二)中均含有氧化還原反應
b.過程(二)中使用的催化劑為Fe3O4和CaCO3
c.若過程(一)中投料比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1,可導致過程(二)中催化劑失效
③該技術中總反應的熱化學方程式為　　　　　 　　　　　　。
15.(16分)(2024·江蘇常州檢測改編)多室電解池在工業生產中應用廣泛。
(1)(6分)一種“分步法電解制氫氣”的裝置如圖l所示,該方法制氫氣分兩步:第一步在其中一個惰性電極產生H2,NiOOH/Ni(OH)2電極發生氧化反應;第二步在另一個惰性電極產生O2。
①第一步反應時,開關K應該連接　　　　　　(填“K1”或“K2”)。
②第二步反應時,NiOOH/Ni(OH)2電極的電極反應式為　　　　　　。
③當電路中轉移6.25 mol電子時,產生67.2 L(標準狀況)H2,則電能的利用率為　　　　　　%。
(2)(4分)砷酸可用于制造有機顏料、殺蟲劑等,利用如圖2所示的三室電解池電解亞砷酸鈉(Na3AsO3)溶液可得到砷酸(H3AsO4)和NaOH。則a電極應接電源的　　　　　　極,b電極的電極反應式為　　　　　　 　　　。
(3)(6分)用次磷酸鈉通過電滲析法制備次磷酸的裝置如圖3所示。交換膜A為　　　　　　(填“陽離子”或“陰離子”)交換膜,電極N的電極反應式為　　　　　　 　　　　　　;
當電路中通過3.852 8×105 C電荷量時,制得次磷酸的物質的量為　　　　　　(1個電子的電荷量為1.6×10-19 C,設阿伏加德羅常數NA約為6.02×1023 mol-1)。
16.(16分)(2024·江蘇蘇州檢測改編)氫能是新能源,它的利用包括H2的制備、儲存和應用三個環節。
(1)(4分)與汽油相比,氫氣作為燃料的優點是　　　　　 　　　　　
(至少答出兩點)。但是氫氣直接燃燒的能量轉化率遠低于燃料電池,寫出堿性氫氧燃料電池的負極反應式:
　　　　　　。
(2)(6分)可通過電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+2H2O+2OH-Fe+3H2↑,工作原理如圖1所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色Fe,鎳電極附近有氣泡產生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區會產生紅褐色物質。已知:Na2FeO4在強堿性條件下穩定存在,易被H2還原。
①電解一段時間后,c(OH-)降低的區域在　　　　　(填“陰極室”或“陽極室”)。
②電解過程中,需要將陰極產生的氣體及時排出,其原因是　　　　　 　　　　　　。
③c(Na2FeO4)隨c初始(NaOH)的變化如圖2所示,任選M、N兩點中的一點,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:　　　　　 　　　　　　。
(3)(6分)圖3為青銅器在潮濕環境中發生電化學腐蝕的原理示意圖。
①腐蝕過程中,負極是　　　　　　(填“a”“b”或“c”)。
②環境中的Cl-擴散到孔口,并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl,其反應的離子方程式為　　　　　 　　　　　　。
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,則理論上消耗氧氣的體積為　　　　　　L(標準狀況)。
化學反應與能量變化
1.答案　A
解析　乙醇制乙烯屬于分解反應,大部分分解反應屬于吸熱反應,A符合題意;Al與Fe2O3反應為鋁熱反應,鋁熱反應屬于放熱反應,B不符合題意;常溫下,電石與水劇烈反應,實驗過程中,用手摸試管外壁明顯發熱,說明該反應為放熱反應,C不符合題意;金屬與酸反應屬于常見的放熱反應,D不符合題意。
2.答案　A
解析　2 g H2對應的物質的量為1 mol,即1 mol H2完全燃燒生成液態水,放出285.8 kJ熱量,則氫氣燃燒的熱化學方程式為2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1,A正確。燃燒熱是指1 mol純物質完全燃燒生成指定產物所放出的熱量,則甲烷燃燒的熱化學方程式為CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1,B錯誤。該反應除了生成水外,還有硫酸鋇沉淀生成,會對反應熱有影響,C錯誤。合成氨反應為可逆反應,則1 mol氮氣與3 mol氫氣反應的焓變小于-38.6 kJ·mol-1,D錯誤。
3.答案　C
解析　第一步過程為斷裂化學鍵,Mg2+的半徑比Ca2+的小,因此斷裂碳酸鎂中的離子鍵需要吸收的能量比斷裂碳酸鈣中的離子鍵需要吸收的能量大,則ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0,A正確。對于兩種物質而言,第二步過程相同,都是C(g)===O2-(g)+CO2(g),因此有ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,B正確。對于兩種物質而言,第二步反應的實質相同,故有ΔH(CaCO3)-ΔH1(CaCO3)-ΔH3(CaO)=ΔH(MgCO3)-ΔH1(MgCO3)-ΔH3(MgO),而ΔH(CaCO3)≠ΔH(MgCO3),故ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(MgO)-ΔH3(CaO),C錯誤。前兩步都是斷鍵過程、第三步是成鍵過程,則ΔH1>0、ΔH2>0、ΔH3<0,故ΔH1+ΔH2>ΔH3,D正確。
4.答案　C
解析　根據蓋斯定律,由①+②×3+③×2+④×2得2RH3(s)+3O2(g)===R2O3(s)+3H2O(g)　ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH3+2ΔH4,A正確。R(g)轉化為R(s)放熱,根據蓋斯定律,R(g)燃燒放出的熱量應等于R(s)燃燒放出的熱量和R(g)轉化為R(s)放出的熱量之和,B正確。氫氣的燃燒熱是指1 mol H2完全燃燒生成液態水時所放出的熱量,所以氫氣的燃燒熱不是ΔH2,C錯誤。b~c階段溫度不變的原因可能是反應②放出的熱量被變化③吸收,D正確。
5.答案　D
解析　
由題圖可知,到(C4H9)4NBr的過程中存在C—Br鍵的斷裂和N—Br鍵的形成,B項正確。由分析可知,該反應歷程的總反應為為加成反應,D項錯誤。
6.答案　C
解析　根據電池的構造原理,可以得出多孔材料可以增大氣體與反應物的接觸面積,促進空氣充分反應,A正確;活潑金屬鋰能夠與乙醇直接反應,所以不宜選用乙醇作有機電解液,B正確;鋰電極作負極,電極電勢低于催化劑多孔材料電極(正極),C錯誤;放電時催化劑多孔材料電極作正極,可能發生的反應為O2+4Li++4e-===2Li2O,D正確。
7.答案　D
解析　由題意可知,充電時電極a發生得電子的還原反應,則電極a是陰極,電極b是陽極,A錯誤;放電時,電極a是負極,發生氧化反應Na3Ti2(PO4)3-2e-===NaTi2(PO4)3+2Na+,電極b是正極,發生還原反應Cl2+2e-===2Cl-,并不涉及H+、OH-的消耗與生成.則NaCl溶液的pH不變;由于反應后負極生成Na+,正極生成Cl-,則反應后Na+和Cl-濃度都增大,故放電時NaCl溶液的濃度增大,B錯誤、D正確;充電時陽極反應為2Cl--2e-===Cl2↑,陰極反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-===Na3Ti2(PO4)3,由得失電子守恒可知,每生成1 mol Cl2,電極a的質量理論上增加23 g·mol-1×2 mol=46 g,C錯誤。
8.答案　B
解析　裝置右側反應中C6H6得電子被還原為C6H12,所以裝置右側為陰極,左側為陽極,陽極的電極反應式為2H2O-4e-===O2↑+4H+,生成的O2的物質的量n(O2)=1.6 mol,反應轉移電子的物質的量n(e-)=1.6 mol×4=6.4 mol,若儲氫裝置的電流效率為75%,則生成目標產物環己烷消耗的電子數為6.4 mol×75%=4.8 mol,生成C6H12的電極反應式為C6H6+6e-+6H+===C6H12,則反應消耗的苯為0.8 mol,A、D正確;苯轉化為環己烷的反應是加成反應,反應過程中斷裂了苯分子中的大π鍵,B錯誤;采用多孔電極增大了物質的接觸面積,可提高電解效率,降低電池能量損失,C正確。
9.答案　C
解析　a電極為陰極,得電子,發生還原反應:2H2O+2e-===H2↑+2OH-。當有0.1 mol電子發生轉移時,a電極產生標準狀況下1.12 L H2,故A錯誤;b電極與電源正極相連,為陽極,失電子。發生氧化反應:2H2O-4e-===4H++O2↑,故B錯誤;c電極上O2發生還原反應:O2+4e-+4H+===2H2O,消耗H+,則B池中的H+可以通過隔膜進入A池,故C正確;原電池采用酸性電解質溶液,d電極上發生的電極反應為H2-2e-===2H+,故D錯誤。
10.答案　C
解析　
陽極發生氧化反應,應該失e-,A錯誤;由圖可知,生成物應該是AgCl,B錯誤;陽極氯離子失去電子生成氯氣,陰極氯化銀得到電子生成銀和氯離子,沒有H+、H2O參與反應或生成,C正確;沒有指出O2是否處于標準狀況下,無法進行計算,D錯誤。
11.答案　A
解析　
由上述分析知,電解池工作時,右側S通過陰離子交換膜向左側移動,可與H+結合生成硫酸,則陰離子交換膜與雙極膜之間的溶液的pH減小,A錯誤,C正確;當電路中轉移2 mol電子時,陽極產生0.5 mol(16 g)O2,同時有1 mol (96 g)S透過陰離子交換膜向左移動,則陰離子交換膜左側溶液的質量理論上增加96 g-16 g=80 g,B正確;由上述分析知,電解總反應為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D正確。
12.答案　C
解析　根據題圖可知,該裝置為電解池裝置,A極上CO2→CO,發生得電子的還原反應,其電極反應式為CO2+2e-+2H+===CO+H2O,則A極為陰極,B極為陽極,B極上CH3OH→HCOOH,則其電極反應式為CH3OH+H2O-4e-===HCOOH+4H+,故電解總反應為2CO2+CH3OH2CO+HCOOH+H2O,A正確;根據A極的電極反應式可知,若有2 mol H+穿過質子交換膜,則理論上有1 mol(44 g)CO2被轉化,B正確;使用Ni-TPP催化劑時反應的活化能比使用Ni8-TET催化劑時反應的活化能小,故Ni-TPP的催化效果更好,C錯誤;由上述分析可知,B極為陽極,應與外接電源的正極相連,即與鉛蓄電池的PbO2極相連接,D正確。
13.答案　C
解析　左側電極是陽極,陽極反應式為CH3COOH+8OH--8e-===2CO2↑+6H2O,A錯誤;陰極的電極反應式是2H++2e-===H2↑,當陰極產生22.4 L(標準狀況)氣體,即產生1 mol氫氣時,轉移2 mol電子,由電荷守恒可知,有2 mol Na+通過膜a向右移動,有2 mol氯離子通過膜b向左移動,理論上可除去模擬海水中2 mol NaCl,即117 g NaCl,B錯誤;雙極膜間的水解離出的氫離子進入產品室,氯離子通過膜b向左移動進入產品室,所以產品室生成的物質為鹽酸,C正確;鈉離子通過膜a向右移動,膜a為陽離子交換膜,氯離子通過膜b向左移動,膜b為陰離子交換膜,D錯誤。
14. 答案　(1)O==C==S　(2)-71 kJ·mol-1　(3)放熱反應
(4)①4H2+Fe3O43Fe+4H2O(g)　②a　③CH4(g)+3CO2(g)===2H2O(g)+4CO(g)　ΔH=+388.2 kJ·mol-1
解析　(1)由二氧化碳分子的結構式可知,COS分子中C與O、C與S均形成兩個共用電子對,所以COS的結構式為O==C==S。(2)根據蓋斯定律,由②-①得CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　ΔH3=-56 kJ·mol-1-(+15 kJ·mol-1)=-71 kJ·mol-1。(3)設容器容積為1 L,根據題意可建立實驗1反應的三段式:
則150 ℃時,該反應的化學平衡常數=≈0.18;同理,根據實驗2數據可計算出400 ℃下該反應的平衡常數為0.062 5。0.062 5<0.18,升高溫度,平衡常數K減小,即平衡逆向移動,正反應為放熱反應。
(4)①
②綜上分析,過程(一)和過程(二)中均含有氧化還原反應,a正確。過程(二)中CaO和Fe3O4是催化劑,b錯誤。若過程(一)中投料比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1,CH4與CO2剛好反應,CO2無剩余,但生成的CO在還原Fe3O4時又生成了CO2,為催化劑CaO的轉化提供了二氧化碳,不會導致催化劑失效,c錯誤。③根據蓋斯定律,由4a-3b可得CH4(g)+3CO2(g)===2H2O(g)+4CO(g)　ΔH=(+216 kJ·mol-1)×4-(+158.6 kJ·mol-1)×3=+388.2 kJ·mol-1。
15. 答案　(1)①K1　②NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-　③96
(2)負　2e-+H2O===+2H+
(3)陽離子　2H2O+2e-===H2↑+2OH-　4 mol
解析　(1)①第一步反應時,NiOOH/Ni(OH)2電極發生氧化反應,作陽極,故開關K應連接K1。②第二步反應時,在另一個惰性電極產生O2,則該惰性電極為OH-失電子生成氧氣,發生氧化反應,作陽極,故NiOOH/Ni(OH)2電極作陰極,發生還原反應,則其電極反應式為NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-。③產生標準狀況下67.2 L(3 mol)H2,需要轉移6 mol電子,則電能的利用率為×100%=96%。(2)電解池中陽離子移向陰極,故a電極是陰極,與電源的負極相連,b電極是陽極,As通過陰離子交換膜進入陽極區,在陽極上失去電子轉化為As,故b電極的電極反應式為2e-+H2O===+2H+。(3)根據題圖3可知,產品室產生次磷酸,由原料室中Na+和H2P的移動方向可知,電極M應為陽極,水電離產生的OH-放電,生成的H+通過交換膜A移向產品室,所以交換膜A為陽離子交換膜;電極N為陰極,水電離產生的H+放電,其電極反應式為2H2O+2e-===H2↑+2OH-。當電路中通過3.852 8×105 C電荷量時,轉移的電子的物質的量為=4 mol,電解過程中每轉移1 mol電子,就有1 mol H+從陽極區移向產品室,有1 mol H2P從緩沖室移向產品室,即生成1 mol次磷酸,則轉移4 mol電子時,可生成4 mol次磷酸。
16.答案　(1)污染小、可再生、資源豐富、熱值高(任寫其中兩點,其他合理答案也可)　H2-2e-+2OH-===2H2O
(2)①陽極室　②防止Na2FeO4與H2反應,使產率降低
③M點:c(OH-)相對較低,Na2FeO4穩定性差,且反應慢,產率較低[或N點:c(OH-)過高,鐵電極上有Fe(OH)3生成,使Na2FeO4產率降低]
(3)①c　②2Cu2++3OH-+Cl-===Cu2(OH)3Cl↓　③0.448
解析　(1)氫氣相對于汽油,其主要優點有污染小、可通過水制備而再生、以水制備資源豐富、熱值高等。堿性氫氧燃料電池中氫氣在負極放電,電極反應式為H2-2e-+2OH-===2H2O。(2)①該電解池陽極的電極反應式為Fe-6e-+8OH-===Fe+4H2O,陰極的電極反應式為2H2O+2e-===H2↑+2OH-,電解過程中陽極室消耗OH-,陰極室產生的OH-遷移至陽極室,但遷移過去的OH-數目小于陽極室消耗的,c(OH-)降低,陰極室消耗H2O,c(OH-)增大。②由于Na2FeO4易被H2還原,若不及時排出H2,生成的H2會將Fe還原,使Fe的產率降低。③M點:由于Na2FeO4在強堿性條件下穩定存在,此時c(OH-)相對較低,生成的Fe不穩定,且c(OH-)較低,反應速率較小,所以溶液中的c(Na2FeO4)低于最高值;N點:氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區產生紅褐色的Fe(OH)3沉淀,使Fe的利用率降低而導致Na2FeO4產率降低。(3)①根據題圖3,青銅基體發生氧化反應被腐蝕,轉化為Cu2+,故c作負極。②負極上Cu被氧化生成Cu2+,正極上O2被還原為OH-,環境中的Cl-擴散到孔口,與Cu2+、OH-反應生成Cu2(OH)3Cl,反應的離子方程式為2Cu2++3OH-+Cl-===Cu2(OH)3Cl↓。③n[Cu2(OH)3Cl]==0.02 mol,由于負極反應為Cu-2e-===Cu2+,則反應中轉移的電子的物質的量n(e-)=0.02 mol×2×2=0.08 mol,正極反應為O2+4e-+2H2O===4OH-,根據得失電子守恒,消耗的氧氣的物質的量n(O2)=0.02 mol,標準狀況下V(O2)=0.02 mol×22.4 L·mol-1=0.448 L。

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