2001-2010 年十年化学赛题重组卷年十年化学赛题重组卷 10 氧化还原反应和电化学氧化还原反应和电化学【初赛要求初赛要求】 电化学。氧化态。氧化还原的基本概念和反应的书写与配平。原电池。电极符号、电极反应、原电池符号、原电池反应。标准电极电势。用标准电极电势判断反应的方向及氧化剂与还原剂的强弱。电解池的电极符号与电极反应。电解与电镀。电化学腐蚀。常见化学电源。pH、络合剂、沉淀剂对氧化还原反应影响的定性说明。 【决赛要求决赛要求】 Nernst 方程及有关计算。原电池电动势的计算。pH 对原电池的电动势、电极电势、氧化还原反应方向的影响。沉淀剂、络合剂对氧化还原反应方向的影响。用自由能计算电极电势和平衡常数或反之。 第第 1 题（题（14 分）分）回答如下几个问题1-1 近期发现不需要外加能源、节约水源而能除去废水中的卤代烷（有碍于人类健康）的方法：把铁放在含卤代烷的废水中，经一段时间后卤代烷“消失” 。例如废水中的一氯乙烷经 14.9d 后就检不出来了。目前认为反应中卤代烷（RCH2X）是氧化剂。写出反应式并说明（按原子）得失电子的关系。 1- 2 电解 NaClKClAlCl3熔体制铝比电解 Al2O3Na3AlF6制铝节省电能约 30%。为什么现仍用后一种方法制铝？ 1-3 NH4NO3热分解及和燃料油以(CH2)n表示反应的方程式及反应热分别为：NH4NO3N2O2H2O0.53 kJ/g NH4NO3 （1）NH4NO3N21/2O22H2O1.47 kJ/g NH4NO3 （2）3nNH4NO3(CH2)n3nN27nH2OnCO24.29n kJ/g NH4NO3 （3）试问：由以上三个热化学方程式可得出哪些新的热化学方程式? 1-4 参照水溶液化学反应的知识回答下面的问题：在液态 BrF3中用 KBrF4滴定 Br2PbF10，过程中出现电导最低点。写出有关反应式。 第第 2 题题 (15 分分) 100.0g 无水氢氧化钾溶于 100.0g 水。在 T 温度下电解该溶液，电流强度 I6.00 安培，电解时间 10.00 小时。电解结束温度重新调至 T，分离析出的 KOH2H2O 固体后，测得剩余溶液的总质量为 164.8g。已知不同温度下每 100g 溶液中无水氢氧化钾的质量为：温度/oC0102030KOH/g49.250.852.855.8求温度 T，给出计算过程，最后计算结果只要求两位有效数字。注：法拉第常数 F = 9.65X104 C/mol，相对原子质量：K 39.1 O16.0 H 1.01第第 3 题（题（11 分）分） 设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是对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离子。回答如下问题：3-1 以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是： 。3-2 这个电池的正极发生的反应是： ；负极发生的反应是： ；固体电解质里的 O2的移动方向是： ；向外电路释放电子的电极是： 。3-3 人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是： 。3-4 你认为在 ZrO2晶体里掺杂 Y2O3用 Y3代替晶体里部分的 Zr4对提高固体电解质的导电能力会起什么作用？其可能的原因是什么？ 。3-5 汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生 堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需 10 年时间，正是新一代化学家的历史使命。第第 4 题（题（10 分）分） 某远洋船只的船壳浸水面积为 4500m2，与锌块相连来保护，额定电流密度为 150mA/m2，预定保护期限 2 年，可选择的锌块有两种，每块的质量分别为 15.7kg 和 25.9kg，通过每块锌块的电流强度分别为 0.92A 和 1.2A。计算说明，为达到上述保护船体的目的，最少各需几块锌块？用哪种锌块更合理？为什么？第第 5 题（题（5 分）分） 镅（Am）是一种用途广泛的锕系元素。241Am 的放射性强度是镭的 3 倍，在我国各地商场里常常可见到241Am 骨密度测定仪，检测人体是否缺钙：用241Am 制作的烟雾监测元件已广泛用于我国各地建筑物的火警报警器（制作火警报警器的 1 片241Am 我国批发价仅 10 元左右） 。镅在酸性水溶液里的氧化态和标准电极电势（E/V）如下，图中 2.62 是 Am4/Am3的标准电极电势，2.07 是 Am3/Am 的标准电极电势，等等。一般而言，发生自发的氧化还原反应的条件是氧化剂的标准电极电势大于还原剂的标准电极电势。试判断金属镅溶于过量稀盐酸溶液后将以什么离子形态存在。简述理由。附：E (H/H2)0V；E(Cl2/Cl)1.36V；E(O2/H2O)1.23V。第第 6 题（题（6 分）分）右图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和 NaBr3，放电后，分别变为 Na2S4和 NaBr。6-1 左、右储罐中的电解质分别为：左 ；右： 。6-2 写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应。阳极： ；阴极： 。6-3 写出电池充、放电的反应方程式。6-4 指出在充电过程中钠离子通过膜的流向。第第 7 题（题（9 分）分）家蝇的雌性信息素可用芥酸（来自菜籽油）与羧酸 X（摩尔比 11）在浓 NaOH 溶液中进行阳极氧化得到。 家蝇雌性信息素 芥 酸7-1 写出羧酸 X 的名称和结构式以及生成上述信息素的电解反应的化学方程式。7-2 该合成反应的理论产率（摩尔分数）多大？说明理由。 第第 8 题（题（8 分）分）气态废弃物中的硫化氢可用下法转化为可利用的硫：配制一份电解质溶液，主要成分为：K4Fe(CN)6（200g/L）和 KHCO3（60g/L)；通电电解，控制电解池的电流密度和槽电压，通入H2S 气体。写出相应的反应式。已知：(Fe(CN)63/Fe(CN)64)0.35V； KHCO3溶液中的 (H/H2)0.5V；(S/S2)0.3V阳极反应： 阴极反应： 涉及硫化氢转化为硫的总反应：第第 9 题（题（12 分）分）锂电池由于其安全可靠的性能，体积小、质量轻、高效能及可逆等卓越品质被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式电子器材中。下图为锂电池工作原理图，阴极材料由LiMO2（MCo，Ni，V，Mn)构成，阳极材料由石墨构成，阴、阳两极之间用半透膜隔开，充电时锂离子由阴极向阳极迁移，放电时则相反，电池可表示为：()Cn/LiClO4/LiMO2() 9-1 写出锂电池充放电时的可逆电极反应。 Cathode： Anode： 9-2 根据上图所示的 LiMO2的尖晶石结构，写出氧的堆积方式，并指出 Li 和 M 占据何种空隙，画出以氧为顶点的一个晶胞。 9- 3 锂离子在阳极与石墨形成固体混合物，试推测并画出锂离子嵌入石墨的可能结构。9-4 早期的阳极材料用的是锂金属，试指出锂金属作阳极材料的不足，并说明还可以用什么物质替代石墨作阳极材料？第第 10 题题 (4 分分) 我国石油工业一般采用恒电流库伦分析法测定汽油的溴指数。溴指数是指每 100 克试样消耗溴的毫克数，它反映了试样中 C=C 的数目。测定时将 V（毫升）试样加入库伦分析池中，利用电解产生的溴与不饱和烃反应。当反应完全后，过量溴在指示电极上还原而指示终点。支持电解质为 LiBr，溶剂系统仅含 5%水，其余为甲醇、苯与醋酸。设 d 为汽油试样密度，Q 为终点时库伦计指示的溴化反应消耗的电量（库伦） 。10-1 导出溴指数与 V、d 和 Q 的关系式（注：关系式中只允许有一个具体的数值） 。 10-2 若在溶剂体系中增加苯的比例，说明其优缺点。优点：缺点：第第 11 题题 ( 6 分分) 在 25和 101.325 kPa 下，向电解池通入 0.04193 A 的恒定电流，阴极（Pt，0.1 mol L 1 HNO3）放出氢气，阳极（Cu，0.1 mol L 1 NaCl）得到 Cu2+。用 0.05115 mol L 1的 EDTA 标准溶液滴定产生的 Cu2+，消耗了 53.12 mL。11-1 计算从阴极放出的氢气的体积。 11-2 计算电解所需的时间(以小时为单位)。