高中化学化学电源新型电池填空题

(12分)有机反应中常用镍作催化剂，某化工厂收集的镍催化剂中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余为SiO₂和有机物。这些含镍废催化剂经乙醇洗涤后可按下列工艺流程回收镍：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH如下：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Ni(OH)2
pH	5.2	3.2	9.7	9.2

请回答下列问题：
（1）滤液A中存在的阴离子主要是______。
（2）硫酸浸取滤渣a后，所得滤液B中可能含有的金属离子是__________。
（3）滤液B中加入H₂O₂的目的是_______________。操作X的名称是          。
（4）含镍金属氢化物MH-Ni燃料电池是一种绿色环保电池，广泛应用于电动汽车。其中M代表储氢合金，MH代表金属氢化物，电解质溶液可以是KOH水溶液。它的充、放电反应为：xNi(OH)₂＋MMH_x＋xNiOOH
电池充电过程中阳极的电极反应式为            ，放电时负极的电极反应式为            。

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）已知：2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)  ΔH= -196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g) ΔH= -113.0kJ·mol^-1
则反应NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)的ΔH=         kJ·mol^-1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比2∶1置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是            。

A．体系压强保持不变	B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变	D．每消耗1molSO3的同时生成1mol NO

测得上述反应达平衡时NO₂与SO₂的体积比为5∶1，则平衡常数K=        。
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图（2）所示。该反应ΔH________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250℃、
1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是：                                                   。

（3）依据燃烧的反应原理，合成的甲醇可以设计如图（3）所示的原电池装置。
① 该电池工作时，OH^-向         极移动（填“正”或“负”）。
② 该电池正极的电极反应式为                              。

甲醇(CH₃OH)和二甲醚（CH₃OCH₃）被称为21世纪的新型燃料。以CH₄和H₂O为原料制备甲醇和二甲醚的工业流程如下：

根据要求回答下列问题：
（1）“反应室1”在一定条件下反应的化学方程式为                        。
（2）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)        ΔH = -90.8kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)  ΔH = -23.5kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)      ΔH = -41.3kJ·mol^-1
完成热化学反应方程式：3H₂(g)+3CO(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)；ΔH =         。
（3）某科研机构研制的一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池(DDFC)，该电池有较高的安全性。该电池总反应为CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O，其工作原理如图所示。

电极a的电极反应式为                   。

(14分)A、B、C、D、E、F均为短周期元素，其原子序数依次增大。已知：A的最外层电子数等于其电子层数；B的最外层电子数是次外层电子数的两倍；D是地壳中含量最高的元素；D和F、A和E分别同主族；E是所有短周期主族元素中原子半径最大的元素。根据以上信息回答下列问题：
（1）B与D形成化合物BD₂的结构式为              。
（2）A、C、D三元素能形成一种强酸甲，写出单质B与甲的浓溶液反应的化学反应方程式         。FD₂气体通入BaCl₂和甲的混合溶液，生成白色沉淀和无色气体CD，有关反应的离子方程式为_____。
（3）均由A、D、E、F四种元素组成的两种盐，其相对分子质量相差16，写出它们在溶液中相互作用的离子方程式为____________________________________；由B、D、E组成的盐溶于水后溶液显碱性，其原因是（用离子方程式表示）_______________。
（4）C₂A₄─空气燃料电池是一种碱性燃料电池。电解质溶液是20％～30％的KOH溶液。则燃料电池放电时：正极的电极反应式是______________；负极的电极反应式为          。

目前机动车使用的电池品种不少，其中铅蓄电池的使用量最大。
I．铅蓄电池的电极材料分别是Pb和PbO₂，电解质溶液为稀硫酸。铅蓄电池充放电的总反应方程式为：

PbO₂+Pb+2H₂SO₄2PbSO₄+2H₂O，请根据上述情况判断：
（1）电池的负极材料是         。
（2）充电时，铅蓄电池阳极的电极反应式为               。
Ⅱ．铅蓄电池使用量的急速增加引起铅污染日益严重，工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的一种工艺流程如下：

请回答下列问题：
（3）为提高步骤①的化学反应速率，你认为可采取的措施是            （写一条即可）。
（4）写出步骤①中PbSO₄转化为PbCO₃反应的平衡常数表达式：K =             。
（5）步骤①中发生氧化还原反应的化学方程式为                              。
（6）步骤③从母液可获得的副产品为                              （写化学式）。
（7）已知：PbCO₃在一定条件下可制得PbO，PbO通过进一步反应可制得Pb，写出一个由PbO生成Pb的化学方程式：                                      。

铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是          （只写离子方程式）。
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄设计的原电池，请在图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为         ；若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为448mL(标准状况下)时，溶液的pH=   （假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，        直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu²⁺。

(14分)氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用。
（1）某课外学习小组欲制备少量NO气体，写出铁粉与足量稀硝酸反应制备NO的离子方程式：     。
（2）LiFePO₄是一种新型动力锂电池的电极材料。
①下图为某LiFePO₄电池充、放电时正极局部放大示意图，写出该电池放电时正极反应方程式：     。

②将LiOH、FePO₄·2H₂O（米白色固体）与还原剂葡萄糖按一定计量数混合，在N₂中高温焙烧可制得锂电池正极材料LiFePO₄。焙烧过程中N₂的作用是     ；实验室中以Fe³⁺为原料制得的FePO₄·2H₂O有时显红褐色，FePO₄·2H₂O中混有的杂质可能为     。
（3）磷及部分重要化合物的相互转化如图所示。

①步骤Ⅰ为白磷的工业生产方法之一，反应在1300℃的高温炉中进行，其中SiO₂的作用是用于造渣（CaSiO₃），焦炭的作用是     。
②不慎将白磷沾到皮肤上，可用0.2mol/L CuSO₄溶液冲洗，根据步骤Ⅱ可判断，1mol   CuSO₄所能氧化的白磷的物质的量为     。
③步骤Ⅲ中，反应物的比例不同可获得不同的产物，除Ca₃(PO₄)₂外可能的产物还有     。

下表是元素周期表的一部分，所列字母分别代表一种元素。

A

B

C

D

E

F

G

H

M

N

P

（1）M元素基态原子外围电子排布式为                 ；
（2）下列有关说法正确的是     （填序号）；
①B、C、D元素的电负性逐渐增大
②F、G、H元素的第一电离能逐渐增大
③B、G、P三种元素分别位于元素周期表的p、s、d 区
④F、G分别与E组成的物质的晶格能，前者比后者低
⑤A、B和D以原子个数比2：1：1构成的最简单化合物分子中σ键和π键的个数比为3：1
（3）与C的最简单氢化物互为等电子体的离子是   （填化学式）,写出该离子与其等电子的阴离子反应的离子方程式             ；
（4）煤矿瓦斯气体（主要成分为BA₄）探测仪是以燃料电池为工作原理，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动；

①负极的电极反应式为：                                ；
②正极的电极反应为：                                ；
③传感器中通过的电流越大，表明BA₄的浓度越                。
（5）已知G和稀硝酸反应，还原产物为C₂D气体，若硝酸浓度再稀，则还原产物为CA₃，并与过量的硝酸反应生成CA₄CD₃。现将9.6g G与1L1.10mol/L的稀硝酸(过量)充分反应，收集到aL气体（标准状况），同时测得溶液中c(CA₄⁺)=0.08mol/L(假设反应前后溶液体积不变)。
①a＝         L。②反应后溶液pH=       。

(12分)研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量测定CO的含量。已知：
2I₂(s) + 5O₂(g)= 2I₂O₅(s)    △H=－75.56 kJ·mol^－1
2CO(g) + O₂(g)= 2CO₂(g)    △H=－566.0 kJ·mol^－1
写出CO(g)与I₂O₅(s)反应生成I₂(s)和CO₂(g)的热化学方程式：                              。
（2）一定条件下，NO₂与SO₂反应生成SO₃和NO两种气体。将体积比为1∶2的NO₂、SO₂气体置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是        。
a．体系压强保持不变            
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变   
d．每消耗1 mol SO₂的同时生成1 molNO
（3）新型氨法烟气脱硫技术的化学原理是采用氨水吸收烟气中的SO₂，再用一定量的磷酸与上述吸收产物反应。该技术的优点除了能回收利用SO₂外，还能得到一种复合肥料，该复合肥料可能的化学式为                        。（写出一种即可）。
（4）下图是一种碳酸盐燃料电池（MCFC），以水煤气（CO、H₂）为燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质。写出B极电极反应式          。

（5）工业上常用Na₂CO₃溶液吸收法处理氮的氧化物（以NO和NO₂的   混合物为例）。
已知：NO + NO₂ + Na₂CO₃ = 2NaNO₂ + CO₂
2NO₂ + Na₂CO₃ = NaNO₂ + NaNO₃ + CO₂   
NO不能与Na₂CO₃溶液反应。
①用足量的Na₂CO₃溶液完全吸收NO和NO₂的混合物，每产生22.4L（标准状况）CO₂（全部逸出）时，吸收液质量就增加44g，则混合气体中NO和NO₂的体积比为           。
②你认为Na₂CO₃吸收法处理氮氧化物存在的缺点是                               。

新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH₃COO)₂Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。
方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：

请回答下列问题：
（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是            。
（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有     、       、      （填化学式）生成。
（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为          。
（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：                。
（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为                         。

我国是个钢铁大国，钢铁产量为世界第一，高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法．
I．已知反应Fe₂O₃（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO₂（g）△H=﹣23.5kJ•mol^﹣1，该反应在1000℃的平衡常数等于64。在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反应经过l0min后达到平衡．
（1）CO的平衡转化率=    
（2）欲提高CO的平衡转化率，促进Fe₂O₃的转化，可采取的措施是    
a．提高反应温度                    
b．增大反应体系的压强
c．选取合适的催化剂                
d．及时吸收或移出部分CO₂
e．粉碎矿石，使其与平衡混合气体充分接触
Ⅱ．高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收，使其在一定条件下和H₂反应制备甲醇：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），请根据图示回答下列问题：

（1）从反应开始到平衡，用H₂浓度变化表示平均反应速率v（H₂）=         。
（2）若在温度和容器相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡吋的有关数据如下表：

容器	反应物投入的量	反应物的转化率	CH3OH的浓度	能量变化 （Q1、Q2、Q3均大于0）
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ热量

则下列关系正确的是（      ）
A．c₁=c₂      B．2Q₁=Q₃       C．2α₁=α₃      D．α₁+α₂=1
Ⅲ．以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，图三是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图．回答下列问题：
（1）B极上的电极反应式为              
（2）若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为          （标况下）。

工业上将煤气化过程中生成的CO和H₂在一定条件下反应制得甲醇，反应的方程式为：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。请根据图示回答下列问题：

（1）从反应开始到平衡，用H₂浓度变化表示的平均反应速率v(H₂) =____   ；平衡时CO的转化率为____          。
（2）该反应的平衡常数表达式为              ；若升高反应温度，该反应的平衡常数将    （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）若在一定温度下，向一恒压容器中充人1 mol CO、2mol H₂和1 mol CH₃OH，反应达到平衡时，测得混合气体的密度是同温同压下起始混合气体密度的0.8倍，则到达平衡状态前该反应向____    （填“正”或“逆”）反应方向进行。
（4）根据图二，甲醇分解的热化学方程式为               。
（5）若以甲醇为原料制成燃料电池，在碱性介质中负极的电极反应式为____      。

CO₂作为未来碳源，既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”，又可有效地解决温室效应。目前，人们利用光能和催化剂，可将CO₂和H₂O(g)转化为CH₄和O₂。请回答下列问题：
（1）将所得CH₄与H₂O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) △H =" +206" kJ·mol^-1。将等物质的量的CH₄和H₂O(g)充入l L恒容密闭容器，某温度下反应5 min后达到平衡，此时测得CO的物质的量为0.10 mol，则5 min内CH₄的平均反应速率为   。平衡后可以采取下列   的措施能使n（CO）：n（CH₄）增大。
A．加热升高温度
B．恒温恒容下充入氦气
C．恒温下增大容器体积
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O
（2）工业上可以利用CO为原料制取CH₃OH。
已知: CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)  △H="-49.5" kJ·mol^－1
CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g） △H=" +" 41.3 kJ·mol^－1
①试写出由CO和H₂制取甲醇的热化学方程式   。
②该反应的△S   0(填“>”或“<”或“=”)，在     情况下有利于该反应自发进行。
（3）某科研人员为研究H₂和CO合成CH₃OH的最佳起始组成比n(H₂) ： n(CO)，在l L恒容密闭容器中通入H₂与CO的混合气（CO的投入量均为1 mol），分别在230°C、250°C和270°C进行实验，测得结果如下图，则230℃时的实验结果所对应的曲线是   (填字母)；理由是   。列式计算270℃时该反应的平衡常数K：   。

（4）以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，

该电池中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动。则负极的反应式   。
关于该电池的下列说法，正确的是   。
A．工作时电极b作正极，O^2- 通过固体介质NASICON由电极b流向电极a
B．工作时电流由电极a通过传感器流向电极b
C．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

(14分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H₂反应生产CH₃OH，并开发出甲醇燃料电池。
（1）已知：CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)    △H＝－283.0 kJ·mol^－1
2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)    △H＝－1453.0 kJ·mol^－1
则CH₃OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H₂O(l)的热化学方程式为              。
（2）工业上常利用反应CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。

230℃的实验结果所对应的曲线是      （填字母）；该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H₂):n(CO) 的比值范围是       （填字母） 。
A．1～1.5        B．2.5～3       C．3.5～4.5
（3）制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：H₂O(g)+CO(g)H₂(g)+CO₂(g) △H＜0，某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题：
①该温度下，若起始时c(CO)="1" mol·L^－1，c(H₂O)="2" mol·L^－1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.5 mol·L^－1，则此时该反应v(正)       v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。
②若降低温度，该反应的K值将   （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^－向      极移动（填“a”或“b”）。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的离子方程式为                     。

（1）已知：
甲醇制烯烃反应①：2CH₃OH(g)＝C₂H₄ (g)＋2H₂O(g)△H₁＝－29．0 KJ·mol^－1
甲醇脱水反应②：2CH₃OH(g)＝CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)△H₂＝－24．0 KJ·mol^－1
乙醇异构化反应③：CH₃CH₂OH(g)＝CH₃OCH₃(g))△H₃＝+50．8 KJ·mol^－1
则乙烯气相直接水合反应C₂H₄ (g)＋H₂O(g)＝C₂H₅OH(g)的△H＝        KJ·mol^－1
（2）在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打（NaHCO₃），并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵。
①写出上述制备小苏打的化学方程式：__________________________________。
②滤出小苏打后，母液提取氯化铵有两种方法：Ⅰ、通入氨，冷却、加食盐，过滤；Ⅱ、不通氨，冷却、加食盐，过滤。其中方法Ⅰ析出的氯化铵的纯度更高，其原因是            。而方法Ⅱ的优点是其滤液可以                。
（3）铅及其化合物可用于蓄电池，耐酸设备及X射线防护材料等。PbO₂可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为                      ：PbO₂也可以通过石墨为电极，Pb(NO₃)₂和Cu(NO₃)₂的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式                      ，电解液中加入Cu(NO₃)₂的原因是                。