Question

按要求回答问题：

（1）以 Fe 和 Cu 为电极，稀 H₂SO₄ 为电解质溶液形成的原电池中：

①H⁺向______极移动(填“正”或“负”)。

②电子流动方向由_____极流向______极(填：“正”、“负”)。

③若有 1mol e^－ 流过导线，则理论上负极质量减少______g。

④若将稀硫酸换成浓硝酸，负极电极方程式为：___________。

（2）甲烷燃料电池是一种高效无污染的清洁电池，它用 KOH 做电解质。则负极反应方程式是________。

（3）一定温度下，在容积为 2L 的密闭容器中进行反应：aN(g)bM(g)＋cP(g)，M、N、P的物质的量随时间变化的曲线如图所示:

①反应化学方程式中各物质的系数比为 a∶b∶c＝____。

②1 min 到 3 min 这段时刻，以 M 的浓度变化表示的平均反应速率为：______。

③下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是_____。

A  反应中当 M 与 N 的物质的量相等时

B  P 的质量不随时间变化而变化

C 混合气体的总物质的量不随时间变化而变化

D 单位时间内每消耗 a mol N，同时消耗 b mol M

E 混合气体的压强不随时间的变化而变化F．M 的物质的量浓度保持不变

Answer

正 负 正 28 Cu—2e―＝Cu2＋ CH4-8e-+10 OH-=CO32-+7H2O 2:1:1 0.25mol/(L·min) BDF

【解析】

（1）由于金属活动性Fe强于Cu，所以Fe做负极，Fe失电子发生氧化反应生成Fe2＋，电极反应式为Fe—2e―＝Fe2＋，Cu做正极，氢离子在正极上得电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋+2e―=H2↑，电子由负极Fe经导线流向正极Cu，H+向负电荷较多的正极移动；

（2）燃料电池工作时，负极为甲烷，碱性条件下，甲烷在负极失电子发生氧化反应，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，正极是氧气，氧气在正极得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。

(3) 由图像可知，达到平衡时N的物质的量减少了(8—2)mol=6 mol，M增加了（5—2）mol=3mol，P增加了（4—1）mol=3mol，由化学计量数之比等于变化量之比可得a：b∶c＝6:3:3=2:1:1，则反应的化学方程式为2N(g)M(g)＋P(g)。

（1）①H+向负电荷较多的正极移动，故答案为正；

②电子由负极Fe经导线流向正极Cu，故答案为负；正；

③Fe做负极，Fe失电子发生氧化反应生成Fe2＋，电极反应式为Fe—2e―＝Fe2＋，若有 1mol e－ 流过导线，由电极反应式可知负极消耗Fe的质量为0.5mol×56g/mol=28g，故答案为28；

④若将稀硫酸换成浓硝酸，Fe在浓硝酸中钝化，铜与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，则Fe做正极，Cu做负极，Cu失电子发生氧化反应生成Cu2+电极反应式为Cu—2e―＝Cu2＋，故答案为Cu—2e―＝Cu2＋；

（2）碱性甲烷燃料电池工作时，具有还原性的甲烷为原电池的负极，甲烷在负极失电子发生氧化反应，电极反应式为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，故答案为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；

（3）①由图像可知，达到平衡时N的物质的量减少了(8—2)mol=6 mol，M增加了（5—2）mol=3mol，P增加了（4—1）mol=3mol，由化学计量数之比等于变化量之比可得a：b∶c＝6:3:3=2:1:1，故答案为2:1:1；

②1 min 到 3 min 这段时刻，M增加了（4—3）mol=1mol，以 M 的浓度变化表示的平均反应速率为v（M）===0.25mol/(L·min)，故答案为0.25mol/(L·min)；

③A、反应中当 M 与 N 的物质的量相等时，该反应不一定达到平衡状态，与反应初始物质的量及转化率有关，故错误；

B、P 的质量不随时间变化而变化，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；

C、该反应是气体体积不变的反应，混合气体的总物质的量始终不变，混合气体的总物质的量不随时间变化而变化，不能说明反应达到平衡状态，故错误；

D、单位时间内每消耗 a mol N，同时消耗 b mol M说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；

E、该反应是气体体积不变的反应，混合气体的压强终不变，混合气体的压强不随时间的变化而变化，不能说明反应达到平衡状态，故错误；

F、M 的物质的量浓度保持不变，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；

BDF正确，故答案为BDF。