高中化学化学电源新型电池试题

全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的 $S_8$ 材料，电池反应为： $16\text{Li}+x{S}_8=8\text{L}{\text{i}}_2{S}_x(2\le x\le 8)$ 。下列说法错误的是（    ）

A．	电池工作时，正极可发生反应： $\text{2L}{\text{i}}_2{S}_6\text{+2L}{\text{i}}^{+}\text{+2}{\text{e}}^{-}\text{=3L}{\text{i}}_2{S}_4$
B．	电池工作时，外电路中流过 $0.02\text{mol}$ 电子，负极材料减重 $0.14g$
C．	石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．	电池充电时间越长，电池中 $\text{L}{\text{i}}_2{S}_2$ 的量越多

近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：   

（1）Deacon发明的直接氧化法为： $4HCl\left(g\right)+O_2\left(g\right)=2C{l}_2\left(g\right)+2H_{2}O\left(g\right)$ 。下图为刚性容器中，进料浓度比 c(HCl) ∶ $c\left(O_2\right)$ 分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

可知反应平衡常数 K（300℃）________ K（400℃）（填"大于"或"小于"）。设HCl初始浓度为 $c_0$ ， 根据进料浓度比 c(HCl)∶ c(O ₂)=1∶1的数据计算 K（400℃）=________（列出计算式）。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶ $c\left(O_2\right)$ 过低、过高的不利影响分别是________。

（2）Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：

$CuC{l}_2\left(s\right)=CuCl\left(s\right)+\frac{1}{2} C{l}_2\left(g\right)$  Δ $H_1=83kJ·mol{ }^{-1}$

$CuCl\left(s\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right)=CuO\left(s\right)+\frac{1}{2}C{l}_2\left(g\right)$  Δ $H_2=-20kJ·mol{ }^{-1}$

$CuO\left(s\right)+2HCl\left(g\right)=CuC{l}_2\left(s\right)+H_{2}O\left(g\right)$     Δ $H_3=-121kJ·mol{ }^{-1}$

则 $4HCl\left(g\right)+O_2\left(g\right)=2C{l}_2\left(g\right)+2H_{2}O\left(g\right)$ 的   Δ H=________ $kJ·mol{ }^{-1}$ 。

（3）在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________。（写出2种）   

（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

负极区发生的反应有________（写反应方程式）。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L（标准状况）

为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D−Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn-NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为  $Zn\left(s\right)+2NiOOH\left(s\right)+H_{2}O\left(l\right)\stackrel{\mathit{放电}}{\underset{\mathit{充电}}{\rightleftharpoons }}ZnO\left(s\right)+2Ni\left(OH{)}_2\right(s)$ 。下列说法错误的是（ ）

A．	三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．	充电时阳极反应为 $Ni\left(OH{)}_2\right(s)+OH{ }^{-}(aq)-e{ }^{-}=NiOOH(s)+H_{2}O(l)$
C．	放电时负极反应为 $Zn\left(s\right)+2OH{ }^{-}\left(aq\right)-2e{ }^{-}=ZnO\left(s\right)+H_{2}O\left(l\right)$
D．	放电过程中 $O{H}^{-}$ 通过隔膜从负极区移向正极区

一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时， $O_2$ 与 $L{i}^{+}$ 在多孔碳材料电极处生成 $L{i}_2{O}_2-x（x=0或1）$ 。下列说法正确的是（  ）

A．	放电时，多孔碳材料电极为负极	B．	放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．	充电时，电解质溶液中 $L{i}^{+}$ 向多孔碳材料区迁移	D．	充电时，电池总反应为 $L{i}_2{O}_2-x=2Li+（1-\frac{x}{2} ）O_2$

我国科学家研发了一种室温下"可呼吸"的 $Na-C{O}_2$ 二次电池，将 $NaCl{O}_4$ 溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为： $3C{O}_2+4Na$ $2N{a}_{2}C{O}_3+C$ ，下列说法错误的是（）

A．	放电时， $Cl{O_4}^{-}$ 向负极移动	B．	充电时释放 $C{O}_2$ ,放电时吸收 $C{O}_2$
C．	放电时，正极反应为： $3C{O}_2+4e^{-}=2C{O_{3 }}^{2-}+C$	D．	充电时，正极反应为 $：N{a}^{+}+e^{-}=Na$

锌﹣空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为 $2Zn+O_2+4O{H}^{﹣}+2H_{2}O═2Zn（OH{{）}_4}^{2﹣}$ 。下列说法正确的是（ ）

A．	充电时，电解质溶液中K ^+向阳极移动
B．	充电时，电解质溶液中 $c（O{H}^{﹣}）$ 逐渐减小
C．	放电时，负极反应为： $Zn+4O{H}^{﹣}﹣2e^{﹣}═Zn（OH{{）}_4}^{2﹣}$
D．	放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时 ${\mathrm{MV}}^{2+}/{\mathrm{MV}}^{+}$ 在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是（  ）

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应 $H_2+{2\mathit{MV}}^{2+}{2H}^{+}+{2\mathit{MV}}^{+}$

C．正极区，固氮酶为催化剂， $N_2$ 发生还原反应生成 ${\mathit{NH}}_3$

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

某燃料电池主要构成要素如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．电池可用于乙醛的制备

B．b电极为正极

C．电池工作时，a电极附近pH降低

D．a电极的反应式为O ₂+4e ^﹣﹣4H ⁺═2H ₂O

圣路易斯大学研制的新型乙醇燃料电池，用能传递质子(H⁺)的介质作溶剂，反应为C₂H₅OH+3O₂→2CO₂+3H₂O，如图是该电池的示意图，下列说法正确的是

A．a极为电池的正极

B．电池正极的电极反应为4H^++O2+4e^-=2H2O

C．电池工作时电流由a极沿导线经灯泡再到b极

D．电池工作时，1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移

锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：
Zn(s)＋2MnO₂(s)＋H₂O(l)＝Zn(OH)₂(s)＋Mn₂O₃(s) 下列说法错误的是

A．电池工作时，锌失去电子，电解液内部OH^-向负极移动

B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O（1）＋2e^－＝Mn2O3(s)＋2OH^－(aq)

C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g

通过NO_x传感器可监测NO_x的含量，其工作原理示意图如下，下列说法不正确的是

A．Pt电极是该装置的正极

B．正极的电极反应式：O2 + 4e^−+ 2H2O＝4OH^−

C．负极的电极反应式：NO−2e^−+O^2^−＝NO2

D．固体电解质中O^2^−向负极移动

铅蓄电池是典型的可充电电池，在现代生活中有着广泛的应用，其充电、放电按下式进行： Pb+PbO₂+2H₂SO₄  2PbSO₄+2H₂O, 有关该电池的说法正确的

A．放电时，电解质溶液的pH不断降低且正负极均有PbSO4生成

B．放电时，每通过1mol电子，蓄电池就要消耗2mol H2SO4

C．充电时，阳极反应：PbSO4 +2e^- ＝ Pb + SO4^2-

D．充电时，铅蓄电池的负极与外接电源的负极相连

甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
I：CH₄(g) + H₂O (g) ＝CO(g) + 3H₂(g)    △H ＝+206.0 kJ/mol
II：CO (g) + 2H₂ (g) ＝ CH₃OH (g)  △H ＝—129.0 kJ/mol
（1）CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的热化学方程式为_______________。
（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通入容积为100 L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图

假设100 ℃时达到平衡所需的时间为15min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为_______________。
（3）写出甲醇—空气—KOH溶液的燃料电池负极的电极反应式：______________。
（4）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用下图装置模拟上述过程：

① 写出阳极电极反应式_______________。
② 写出除去甲醇的离子方程式_________________。

下列叙述错误的是（   ）

A．氢氧燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置

B．铁船舶的外壳上镶嵌锌块，可避免船体遭受腐蚀

C．钢铁腐蚀时负极的电极反应式：Fe-3e^-=Fe^3+

D．工业上电解饱和食盐水时阴极的电极反应式：2H^++2e^-=H2↑

如图为某种甲醇燃料电池示意图，工作时电子移动方向如图所示，下列判断正确的是（ ）

A．X为氧气

B．电极A反应式：CH3OH-6e^-+H2O=CO2+6H^+

C．B电极附近溶液pH增大

D．电极材料活泼性：A＞B