1、2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷10 氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)【初賽要求】 電化學(xué)。氧化態(tài)。氧化還原的基本概念和反應(yīng)的書寫與配平。原電池。電極符號(hào)、電極反應(yīng)、原電池符號(hào)、原電池反應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)判斷反應(yīng)的方向及氧化劑與還原劑的強(qiáng)弱。電解池的電極符號(hào)與電極反應(yīng)。電解與電鍍。電化學(xué)腐蝕。常見化學(xué)電源。pH、絡(luò)合劑、沉淀劑對(duì)氧化還原反應(yīng)影響的定性說明。 【決賽要求】 Nernst方程及有關(guān)計(jì)算。原電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算。pH對(duì)原電池的電動(dòng)勢(shì)、電極電勢(shì)、氧化還原反應(yīng)方向的影響。沉淀劑、絡(luò)合劑對(duì)氧化還原反應(yīng)方向的影響。用自由能計(jì)算電極電勢(shì)和平衡常數(shù)或反之。 第1題（14分）回答如下幾個(gè)問題1

2、-1 近期發(fā)現(xiàn)不需要外加能源、節(jié)約水源而能除去廢水中的鹵代烷（有礙于人類健康）的方法：把鐵放在含鹵代烷的廢水中，經(jīng)一段時(shí)間后鹵代烷“消失”。例如廢水中的一氯乙烷經(jīng)14.9d后就檢不出來了。目前認(rèn)為反應(yīng)中鹵代烷（RCH2X）是氧化劑。寫出反應(yīng)式并說明（按原子）得失電子的關(guān)系。 1- 2 電解NaClKClAlCl3熔體制鋁比電解Al2O3Na3AlF6制鋁節(jié)省電能約30%。為什么現(xiàn)仍用后一種方法制鋁？ 1-3 NH4NO3熱分解及和燃料油以(CH2)n表示反應(yīng)的方程式及反應(yīng)熱分別為：NH4NO3N2O2H2O0.53 kJ/g NH4NO3 （1）NH4NO3N21/2O22H2O1.47 kJ

3、/g NH4NO3 （2）3nNH4NO3(CH2)n3nN27nH2OnCO24.29n kJ/g NH4NO3 （3）試問：由以上三個(gè)熱化學(xué)方程式可得出哪些新的熱化學(xué)方程式? 1-4 參照水溶液化學(xué)反應(yīng)的知識(shí)回答下面的問題：在液態(tài)BrF3中用KBrF4滴定Br2PbF10，過程中出現(xiàn)電導(dǎo)最低點(diǎn)。寫出有關(guān)反應(yīng)式。 第2題 (15分) 100.0g無水氫氧化鉀溶于100.0g水。在T溫度下電解該溶液，電流強(qiáng)度I6.00安培，電解時(shí)間10.00小時(shí)。電解結(jié)束溫度重新調(diào)至T，分離析出的KOH2H2O固體后，測(cè)得剩余溶液的總質(zhì)量為164.8g。已知不同溫度下每100g溶液中無水氫氧化鉀的質(zhì)量為：溫度

4、/oC0102030KOH/g49.250.852.855.8求溫度T，給出計(jì)算過程，最后計(jì)算結(jié)果只要求兩位有效數(shù)字。注：法拉第常數(shù)F = 9.65X104 C/mol，相對(duì)原子質(zhì)量：K 39.1 O16.0 H 1.01第3題（11分） 設(shè)計(jì)出燃料電池使汽油氧化直接產(chǎn)生電流是對(duì)世紀(jì)最富有挑戰(zhàn)性的課題之一。最近有人制造了一種燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入汽油蒸氣，電池的電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2離子?；卮鹑缦聠栴}：3-1 以丁烷代表汽油，這個(gè)電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)方程式是： 。3-2 這個(gè)電池的正極發(fā)生的反應(yīng)是： ；負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是： ；固體電

5、解質(zhì)里的O2的移動(dòng)方向是： ；向外電路釋放電子的電極是： 。3-3 人們追求燃料電池氧化汽油而不在內(nèi)燃機(jī)里燃燒汽油產(chǎn)生動(dòng)力的主要原因是： 。3-4 你認(rèn)為在ZrO2晶體里摻雜Y2O3用Y3代替晶體里部分的Zr4對(duì)提高固體電解質(zhì)的導(dǎo)電能力會(huì)起什么作用？其可能的原因是什么？ 。3-5 汽油燃料電池最大的障礙是氧化反應(yīng)不完全產(chǎn)生 堵塞電極的氣體通道，有人估計(jì)，完全避免這種副反應(yīng)至少還需10年時(shí)間，正是新一代化學(xué)家的歷史使命。第4題（10分） 某遠(yuǎn)洋船只的船殼浸水面積為4500m2，與鋅塊相連來保護(hù)，額定電流密度為150mA/m2，預(yù)定保護(hù)期限2年，可選擇的鋅塊有兩種，每塊的質(zhì)量分別為15.7kg和2

6、5.9kg，通過每塊鋅塊的電流強(qiáng)度分別為0.92A和1.2A。計(jì)算說明，為達(dá)到上述保護(hù)船體的目的，最少各需幾塊鋅塊？用哪種鋅塊更合理？為什么？第5題（5分） 镅（Am）是一種用途廣泛的錒系元素。241Am的放射性強(qiáng)度是鐳的3倍，在我國各地商場(chǎng)里常?？梢姷?41Am骨密度測(cè)定儀，檢測(cè)人體是否缺鈣：用241Am制作的煙霧監(jiān)測(cè)元件已廣泛用于我國各地建筑物的火警報(bào)警器（制作火警報(bào)警器的1片241Am我國批發(fā)價(jià)僅10元左右）。镅在酸性水溶液里的氧化態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（E/V）如下，圖中2.62是Am4/Am3的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，2.07是Am3/Am的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，等等。一般而言，發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)的條件

7、是氧化劑的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)大于還原劑的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。試判斷金屬镅溶于過量稀鹽酸溶液后將以什么離子形態(tài)存在。簡(jiǎn)述理由。附：E (H/H2)0V；E(Cl2/Cl)1.36V；E(O2/H2O)1.23V。第6題（6分）右圖是一種正在投入生產(chǎn)的大型蓄電系統(tǒng)。左右兩側(cè)為電解質(zhì)儲(chǔ)罐，中央為電池，電解質(zhì)通過泵不斷在儲(chǔ)罐和電池間循環(huán)；電池中的左右兩側(cè)為電極，中間為離子選擇性膜，在電池放電和充電時(shí)該膜可允許鈉離子通過；放電前，被膜隔開的電解質(zhì)為Na2S2和NaBr3，放電后，分別變?yōu)镹a2S4和NaBr。6-1 左、右儲(chǔ)罐中的電解質(zhì)分別為：左 ；右： 。6-2 寫出電池充電時(shí)，陽極和陰極的電極反應(yīng)。陽極： ；陰

8、極： 。6-3 寫出電池充、放電的反應(yīng)方程式。6-4 指出在充電過程中鈉離子通過膜的流向。第7題（9分）家蠅的雌性信息素可用芥酸（來自菜籽油）與羧酸X（摩爾比11）在濃NaOH溶液中進(jìn)行陽極氧化得到。 家蠅雌性信息素 芥 酸7-1 寫出羧酸X的名稱和結(jié)構(gòu)式以及生成上述信息素的電解反應(yīng)的化學(xué)方程式。7-2 該合成反應(yīng)的理論產(chǎn)率（摩爾分?jǐn)?shù)）多大？說明理由。 第8題（8分）氣態(tài)廢棄物中的硫化氫可用下法轉(zhuǎn)化為可利用的硫：配制一份電解質(zhì)溶液，主要成分為：K4Fe(CN)6（200g/L）和KHCO3（60g/L)；通電電解，控制電解池的電流密度和槽電壓，通入H2S氣體。寫出相應(yīng)的反應(yīng)式。已知：(Fe(C

9、N)63/Fe(CN)64)0.35V； KHCO3溶液中的(H/H2)0.5V；(S/S2)0.3V陽極反應(yīng)： 陰極反應(yīng)： 涉及硫化氫轉(zhuǎn)化為硫的總反應(yīng)：第9題（12分）鋰電池由于其安全可靠的性能，體積小、質(zhì)量輕、高效能及可逆等卓越品質(zhì)被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子器材中。下圖為鋰電池工作原理圖，陰極材料由LiMO2（MCo，Ni，V，Mn)構(gòu)成，陽極材料由石墨構(gòu)成，陰、陽兩極之間用半透膜隔開，充電時(shí)鋰離子由陰極向陽極遷移，放電時(shí)則相反，電池可表示為：()Cn/LiClO4/LiMO2()9-1 寫出鋰電池充放電時(shí)的可逆電極反應(yīng)。 Cathode： Anode： 9-2

10、 根據(jù)上圖所示的LiMO2的尖晶石結(jié)構(gòu)，寫出氧的堆積方式，并指出Li和M占據(jù)何種空隙，畫出以氧為頂點(diǎn)的一個(gè)晶胞。 9- 3 鋰離子在陽極與石墨形成固體混合物，試推測(cè)并畫出鋰離子嵌入石墨的可能結(jié)構(gòu)。9-4 早期的陽極材料用的是鋰金屬，試指出鋰金屬作陽極材料的不足，并說明還可以用什么物質(zhì)替代石墨作陽極材料？第10題 (4分) 我國石油工業(yè)一般采用恒電流庫倫分析法測(cè)定汽油的溴指數(shù)。溴指數(shù)是指每100克試樣消耗溴的毫克數(shù)，它反映了試樣中C=C的數(shù)目。測(cè)定時(shí)將V（毫升）試樣加入庫倫分析池中，利用電解產(chǎn)生的溴與不飽和烴反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)完全后，過量溴在指示電極上還原而指示終點(diǎn)。支持電解質(zhì)為L(zhǎng)iBr，溶劑系統(tǒng)僅含5%水，其余為甲醇、苯與醋酸。設(shè)d為汽油試樣密度，Q為終點(diǎn)時(shí)庫倫計(jì)指示的溴化反應(yīng)消耗的電量（庫倫）。10-1 導(dǎo)出溴指數(shù)與V、d和Q的關(guān)系式（注：關(guān)系式中只允許有一個(gè)具體的數(shù)值）。 10-2 若在溶劑體系中增加苯的比例，說明其優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：第11題 ( 6分) 在25和101.325 kPa下，向