高中化学化学电源新型电池填空题

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              。

设计出燃料电池使天然气CH₄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，另一电极通入天然气，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2－离子。回答如下问题：
（1）这个电池的正极发生的反应是：                                  ；
（2）固体电解质里的O^2－向        极（填“正”或“负”）；
（3）天然气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。
（4）若将此甲烷燃料电池设计成在25%的KOH溶液中的电极反应，该电池的负极区域的碱性会_______（填“增强”、“减弱”或“不变”）。

依据原电池原理，回答下列问题：

图（1）                          图（2）
（1）图（1）是依据氧化还原反应：Cu(s)＋2Fe^3＋(aq)＝Cu^2＋(aq)＋2Fe^2＋(aq)设计的原电池装置。
①电极X的材料为是             ；电极Y的材料为是           。
②Y电极发生的电极反应式为：                                。
（2）图（2）是使用固体电解质的燃料电池，装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2－离子(O₂＋4e^―→2O^2－)。
① c电极的名称为                    ②d电极上的电极反应式为                                   。

（共10分）将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池。已知，通入CH₄的一极，其电极反应式是：CH₄－8e^-+10OH^-==CO₃^2-+7H₂O；通入O₂的另一极，其电极反应式是：2O₂+8e^-+4H₂O==8OH^-。请完成下列各空：
（1）通入CH₄的电极为      极，发生            反应。
（2）该燃料电池的总反应式为                                             。
（3）若将该电池中的燃料改为氢气，请写出此时正负极的反应式：
正极：                           ，负极                           。

面对能源枯竭的危机，提高能源利用率和开辟新能源是解决这一问题的主要方向。
（1） “生物质”是由植物或动物生命体衍生得到的物质的总和。生物质能主要是指用树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量．秸秆、杂草等废弃物经微生物发酵之后，便可以产生沼气，利用沼气是解决人类能源危机的重要途径之一。下面说法不正确的是(        )

A．利用生物质能就是间接利用太阳能，生物质能是可再生能源

B．生物质能是解决农村能源的重要途径之一

C．生物质能的缺点是严重污染环境

D．若建立沼气发电站，则可以实现把生物质能转化为电能

（2）工业上利用天然气(主要成分为CH₄)与CO₂进行高温重整制备CO和H₂，已知CH₄、H₂和CO的燃烧热(△H)分别为 -890.3 KJ·mol^-1、-285.8 KJ·mol^-1、-283.0 KJ·mol^-1，则该重整的热化学方式为                        ；
（3）一定量的CO₂与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：
C(s) +CO₂(g )2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：已知气体分压(P_分 )＝气体总压(P_总 )×体积分数，则925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数＝          。T℃时，若充入等体积的CO₂和CO，平衡                         （填“正向移动、逆向移动、不移动”）。

（4）如下图是一个二甲醚(CH₃OCH₃)燃料电池工作时的示意图，
①若乙池为粗铜的电解精炼，电解质为硫酸铜，则N电极材料为                     。
②若乙池中M、N为惰性电极，电解质为足量硝酸银溶液，写出乙池中电解的化学方程式            。乙池中某一电极析出金属银2.16g时，溶液的体积为200mL，则常温下乙池中溶液的pH为            。
③通入二甲醚的铂电极的电极反应式为                   。若该电池的理论输出电压为1.0V，则该电池的能量密度＝          kW·h·kg^-1(结果保留小数点后一位)．(能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1kW·h＝3.6×10⁶J，法拉第常数F＝9.65×l0⁴C·mol^-1 )。

（本题有2小题，共16分，每空2分）
（1）铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料是Pb和PbO₂，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为PbO₂＋Pb＋2H₂SO₄===2PbSO₄＋2H₂O，据此判断：
①铅蓄电池的负极材料是________。
②工作时，电解质溶液的酸性________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
③工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。
④电流方向从________极流向________极。
（2）下图表示一定条件下，A、B、C三种气体物质的量浓度随时间变化的情形，回答下列问题：

①该反应的反应物是       。
②该反应的化学方程式为                。
③在0-2min，该反应用A表示的平均反应速率为      。

短周期元素A、B、C、D、E，A为原子半径最小的元素，A、D同主族，D、E同周期，CE同主族且E的原子序数为C的原子序数的2倍，B为组成物质种类最多的元素。
（1）E离子的原子结构示意图__________________；
（2）分别由A、C、D、E四种元素组成的两种盐可相互反应得到气体，写出这个反应的离子方程式__________________；
（3）由A、B、C三种元素组成的物质X，式量为46，在一定条件下与C、D两种元素的单质均可反应．写出X与C单质在红热的铜丝存在时反应的化学方程式__________________；
（4）A、C、D三种元素组成的化合物Y中含有的化学键为_______________，B的最高价氧化物与等物质的量的Y溶液反应后，溶液显________（“酸”、“碱”或“中”）性，原因是________________；
（5）A的气体单质和C的气体单质可发生反应，在“神舟六号”飞船上使用了根据这反应设计的燃料电池，电解质溶液为KOH溶液，电池负极反应为__________，使用这种电池的优点为_____________；

【原创】原子序数由小到大排列的四种短周期元素X、Y、Z、W，四种元素的原子序数之和为32，在周期表中X是原子半径最小的元素，Y、Z左右相邻，Z、W位于同主族。另有元素R是用途最广泛的金属。
（1）W元素在周期表中的位置为           ；写出Y元素原子的价电子排布式：               。
（2）由X、Z两元素可以组成A、B两种化合物，A在一定条件下可以分解成B，A的电子式            。
（3）X、Y两元素按原子数目比3∶l和4∶2构成分子C和D，C的空间构型为          ，D—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D—空气燃料电池放电时，负极的电极反应式是：                           。
（4）一定条件下，Y的单质气体与X的单质气体充分反应生成6.8g YX₃气体，可放出18.44 kJ热量，则该反应的热化学方程式为                                。
（5）科学家通过X射线探明，RO的晶体结构与NaCl的晶体结构相似，若在RO晶体中阴阳离子间最近距离为a cm，晶体密度为dg/cm³。则阿伏伽德罗常数N_A表达式为      mol^-1。

LiFePO₄电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点。某电极的工作原理如左下图所示，该电池电解质为能传导 Li⁺的固体材料。

（1） 放电时，该电极为_____极，电极反应为__________________________
（2） 充电时该电极连接外接电源的______极
（3） 放电时，电池负极的质量_______(减少、增加、不变)
（4） LiOH可做制备锂离子电池电极的材料，利用如右上图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。阴极区电解液为__________溶液（填化学式），离子交换膜应使用__________(阳、阴)离子交换膜。

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                   

甲醇是重要的化工原料，利用CO₂和H₂合成甲醇，发生的主反应如下：CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)△H

已知：在25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ．请写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式                  ．
（1）在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH(g)浓度随时间变化如图1所示．回答：
0～10min 内，氢气的平均反应速率为           mol/(L•min)；第10min 后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入0.75mol CO₂(g)和1.5mol H₂O(g)，则平衡         (填“正向”、“逆向”或“不”)移动．恒温恒压密闭容器中该反应达平衡状态的依据是(填序号)           ．

A．v正(CH3OH)=3v逆(H2)	B．混合气体的密度不变
C．c(CH3OH)=c(H2O)	D．混合气体的总物质的量不变

（2）如图2，25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源来电解300mL某NaCl溶液，该装置中 a 极为            极，负极反应式为          ．在电解一段时间后，NaCl溶液的pH值变为12(假设NaCl 溶液的体积不变)，则理论上消耗甲醇的物质的量为                mol．
（3）取五份等体积的CO₂和H₂的混合气体(物质的量之比均为1：3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如图3所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H          0(填“＞”、“＜”或“=”)．

2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g) △H=-198kJ/mol，反应过程的能量变化如图所示。

请回答下列问题：
（1）图中A表示__________，该反应加入V₂O₅作催化剂后E如何变化_______（填“升高”、“降低”或“不变”）。
（2）如果反应速率v(SO₂)为0.05mol/(L·min)，则v(O₂)="_________" mol/(L·min)、v(SO₃)=_____mol/(L·min)
（3）已知单质硫燃烧热的数值为296kJ/mol，则1molS(s)完全反应生成SO₃(g)时放出的热量为________kJ。
（4）某人设想以如图所示装置用电化学原理生产硫酸，通入O₂的一极为_______________（填写“正”或“负”）极；写出通入SO₂一极的电极反应____________________。

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列反应合成甲醇CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)  ΔH
（1）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。

温度	250 ℃	300 ℃	350 ℃
K	3.041	1.000	0.120

由表中数据判断ΔH________0 (填“＞”、“＝”或“＜”)，化学平衡常数表达式K=            ；
（2）300 ℃时，在体积为2.0 L的密闭容器中通入2 mol CO和4 mol H₂ ，经过20 s 达到平衡状态，
①计算20 s内CO的反应速率为            ，此时容器中甲醇的体积分数为              ；
②若向上述平衡体系中同时加入1mol CO，2mol H₂ 和1mol CH₃OH气体，平衡移动情况是__________(填“向右”、“向左”或“不移动”)，原因是                ；
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH(l)＋3O₂(g) = 2CO₂(g)＋4H₂O(g)  ΔH₁＝－1277.0 kJ/mol
②2CO(g)+O₂(g) = 2CO₂(g) ΔH₂＝－566.0kJ/mol
③H₂O(g) = H₂O(l) ΔH₃＝－44 kJ/mol写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：                          ；
（4）甲醇，氧气可制作燃料电池，写出以氢氧化钾为电解质甲醇燃料电池负极反应式             ；如图，电解KI溶液制碘，在粗试管中加入饱和的KI溶液，然后再加入苯，插入一根石墨电极和一根铁电极，使用该燃料电池做电源，铁电极与             极（填正或负）相连接，通电一段时间后，断开电源，振荡试管，上层溶液为              色，当有1.27g 碘单质生成时,需要             g CH₃OH。

（1）对工业合成氨条件的探索一直是化学工业的重要课题，在恒温恒容的甲容器、恒温恒压的乙容器中分别进行合成氨反应，如下图（图中所示数据均为初始物理量）。t分钟后反应均达到平衡，生成NH₃均为0.4mol（忽略水对压强的影响及氨气的溶解）。

①判断甲容器中的反应达平衡的依据是           .（填写相应编号）

A．压强不随时间改变

B．气体的密度不随时间改变

C．c(N2)不随时间改变

D．单位时间内生成2molNH3的同时消耗1molN2

E．单位时间内断裂3 mol H-H键，同时断裂6 mol N-H键
②该条件下甲容器中反应的平衡常数K=
③该条件下，若向乙中继续加入0.2mol N₂，达到新平衡时N₂转化率=             。
（2）某甲醇（CH₃OH）燃料电池原理如图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为_______________________________.
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解池的总反应离子方程式为：                                      . 假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为______________（忽略溶液体积变化）.

某课外活动小组设想：如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，利用下图实验装置(两电极均为石墨电极)电解溶液来制取、、和NaOH，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。

（1）该电解槽的阳极反应式为               ，此时通过阴离子交换膜的离子数        (填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
（2）制得的溶液从出口       (填“A”、“B”、“C”或“D”)导出。
（3）利用制得的氢气为基本原料合成出甲醇，然后再用甲醇与氧气、氢氧化钠组成燃料电池，则该电池负极的电极反应式为                                            。