高中化学化学电源新型电池试题

固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O^2- )在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是

A．有O2参加反应的a极为电池的负极

B．有H2参加反应的b极为电池的正极

C．a极对应的电极反应式为O2 + 2H2O -4e = 4OH^-

D．该电池的总反应方程式为：2H2+O2 = 2H2O

中国首个空间实验室——“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),它是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，a、b、c、d均为Pt电极。下列说法正确的是（    ）

A．B区的OH^－通过隔膜向a电极移动，A区pH增大
B．图中右管中的OH^－通过隔膜向c电极移动，d电极上发生还原反应
C．c是正极,电极上的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑
D．当有1mol电子转移时，b电极产生气体Y的体积为11.2L

天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO₂)，充电时LiCoO₂中Li被氧化，Li^＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C₆)中，以LiC₆表示。电池反应为CoO₂＋LiC₆LiCoO₂＋C₆，下列说法正确的是

A．充电时，电池的阴极反应为LiC6－e^－===Li^＋＋C6

B．放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li^＋＋e^－===LiCoO2

C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质

D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低

钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
（1）V₂O₅是接触法制硫酸的催化剂。
① 一定条件下，SO₂与空气反应t min后，SO₂和SO₃物质的量浓度分别为a mol/L，b mol/L，则SO₂ 起始物质的量浓度为_________mol/L；生成SO₃的化学反应速率为__________mol/（L •  min）。
②工业制硫酸，尾气SO₂用__________吸收。
（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示：

①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为                          。
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由        色变为            色。
③放电过程中氢离子的作用是          和           ；充电时若转移的电子数为3.01×10²³个，左槽溶液中n（H⁺）的变化量为              。

人工光合系统装置（如图）可实现以CO₂和H₂O合成CH₄。下列说法不正确的是

A．该装置为原电池，且铜为正极

B．电池工作时，H^+向Cu电极移动

C．GaN电极表面的电极反应式为：2H2O－4e^-=O2+4H^+

D．反应CO2+2H2OCH4+2O2中每消耗1molCO2转移4mole^-

近年来科学家研制了一种新型的乙醇电池（DEFC），它用磺酸类质子作溶剂，在200℃左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全．电池总反应式为：C₂H₅OH+3O ₂ →2CO ₂+ 3H₂O．下列说法不正确的是（ ）
A．1mol乙醇被氧化转移6mol电子
B．C₂H₅OH在电池的负极上参加反应
C．在外电路中电子由负极沿导线流向正极
D．电池正极的电极反应式为4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O

中国环境监测总站数据显示，颗粒物（PM2.5等）为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此对PM2.5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
Ⅰ．将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^2-	NO3^-	Cl^-
浓度 /mol．L^-1	4×10^-5	6×10^-5	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断PM2.5的酸碱性，试样的pH=_________。
Ⅱ．NO_x是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：

①N₂（g）+O₂（g）2NO（g）△H＝________。
②当尾气中空气不足时，NO_x在催化转化器中被还原成N₂排出．写出NO被CO还原的化学方程式___。
2CO（g）═2C（s）+O₂（g），已知该反应的△H＞0，该设想不能实现，他的依据是_______。
Ⅲ．碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应___________________________。
②用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池．电池充放电时的总反应为：Ni（OH）₂+M  NiO（OH）+MH，电池放电时，负极电极反应式为：________________________。

人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O制备化学原料。科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄，下列说法不正确的是

A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B．GaN表面发生氧化反应，有O2产生

C．电解液中的H^+从质子交换膜右侧向左侧迁移

D．Cu表面的电极反应式CO2+8e^-+8H^+=CH4+2H2O

以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池示意图如图所示。
关于该电池的叙述正确的是

A．该电池能够在高温下工作

B．电池的负极反应为： C6H12O6＋6H2O－24e^－＝6CO2↑＋24H^＋

C．放电过程中，H^＋从正极区向负极区迁移

D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L

被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效 率的特点．右图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH 溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连 续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：

（1）写出氢氧燃料电池工作时负极反应方程式：
负极：                                   。
（2）为了获得氢 气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在高温、催化剂作用下制取氢气．写出丙烷和 H2O 反应生成 H2 和 CO 的化学方程式：                       
（3）若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，负极反应式为 ：                   电池总离子反应方程式为                   。
（4）若将此燃料电池改进为直接以有机物 A 和氧气为原料进行工作，有机物 A 只含有 C、H、 O 三种元素，常用作有机合成的中间体。16.8 g 该有机物经燃烧生成 44.0 g CO2 和 14.4 g H2O ；质谱图表明其相对分子质量为 84，红外光谱分析表明 A 分子中含有 O—H 键和位于分子端的-C≡C-键，核磁共振氢谱有三个峰，峰面积为 6:1:1。A 的分子式是                  A的结构简式是                   

甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成．电池的总反应式为2CH₃OH+3O₂+4OH^－═2CO+6H₂O．则下列说法正确的是

A．电池放电时通入空气的电极为负极

B．电池放电时负极的电极反应式为CH3OH－6e^－+H2O═CO2↑+6H^+

C．由于CO水解显碱性，电池放电时，电解质溶液的pH逐渐增大

D．电池放电时每消耗1molCH3OH转移6mol电子

工业废水随意排放会造成严重污染，根据成分不同可采用不同的处理方法。
（1）电池生产工业废水中常含有Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去。已知室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2。
①请用离子方程式说明上述除杂的原理______________________。
②FeS高温煅烧产生的SO₂气体通入下列溶液中，能够产生沉淀的是_________（填序号）
A．Ba(NO₃)₂  B．BaCl₂
C．Ba(OH)₂ D．溶有NH₃的BaCl₂溶液
③已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO₄溶液中加入一定量的Na₂SO₃和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式是___________。
（2）电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr₂O₇^2-）时，在废水中加入适量NaCl，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在如下反应Cr₂O₇²+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，最后Cr³⁺ 以Cr(OH)₃形式除去，下列说法不正确的是______（填序号）
A．阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺
B．电解过程中溶液pH减小
C．过程中有Fe（OH）₃沉淀生成
D．电路中每转移12 mol电子，最多有2mol Cr₂O₇^2-被还原
（3）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池。右图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中，a电极作_________极（填“正”“负”“阴”或“阳”），其电极反应式为___________。

镁-空气电池的工作原理如右图所示。下列说法不正确的是（   ）

A．工作一段时间后，c（Na^+）变大	B．电池工作时，OH^-向a极移动
C．气体X 中N2的百分含量与空气相同	D．电池总反应为2Mg+O2+2H2O＝2Mg(OH)2

2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是（ ）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2Ox+xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li^+从b向a迁移

科学家们在研制一种吸气式的锂—空气电池，工作时吸收空气中的氧气在多孔金制成的正极表面上反应。总反应可表示为2Li＋O₂Li₂O₂下列有关说法正确的是

A．充电时，多孔金制成的电极外接电源负极

B．放电时，Li^＋从负极向正极移动

C．放电时，吸收空气中22.4 L的O2，就有2 mol e^－从电池负极流出

D．该电池可使用含Li^＋的水溶液作电解质溶液