高中化学化学电源新型电池填空题

(14分)人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，填写空格。
（1）蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄＝2PbSO₄+2H₂O。正极电极反应式为                                    。
（2）FeCl₃溶液常用于腐蚀印刷电路铜板,发生2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为_________,当线路中转移0.2mol电子时，则被腐蚀铜的质量为       g
（3）将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为___________。
A．铝片、铜片      B．铜片、铝片      C．铝片、铝片   
（4）已知甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

该电池工作时，b口通入的物质为___________，该电池正极的电极反应式为：___________，工作一段时间后，当6.4 g甲醇（CH₃OH）完全反应生成CO₂时，有___________mol电子发生转移。

按照要求填空
（1）下面列出了几组物质，请将物质的合适组号填写在空格上。
同位素          ，同素异形体          ，同分异构体          ，同系物         。
①金刚石与“足球烯”C₆₀；            ②D与T；
③¹⁶O、¹⁷O和¹⁸O；                   ④氧气（O₂）与臭氧（O₃）；
⑤       ⑥乙醇（CH₃CH₂OH）和甲醚（CH₃OCH₃）；
⑦和；       ⑧和  ；
（2）完成离子方程式：（ ）MnO₄^－＋（ ）C₂O₄^2－+      ＝（ ）Mn²⁺＋（ ）CO₂↑＋
（3）命名有机物：
（4）写出乙酸与甲醇（CH₃OH）酯化的化学方程式           。
（5）将铂丝插入KOH溶液中做电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气，形成一种燃料电池：
通甲烷的铂丝为原电池的     极，发生的电极反应为                             。
（6）PET是涤纶的主要成分，可用作饮料瓶、磁带和胶片的片基等，其结构简式如图：
。该高分子材料是由两种单体通过缩聚反应制备而成，其单体的结构简式为           和             ．

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的可燃物，被称为21世纪的新型能。工业制备二甲醚的生产流程如下：
催化反应室中（压力2.0~10.0MPa，温度300℃）进行下列反应：
①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H ₁=" -" 90.7 kJ·mol^－1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H₂ =" -" 23.5 kJ·mol^－1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)   △H₃ =" -" 41.2 kJ·mol^－1
（1）催化反应室中的总反应：3CO(g)+3H₂(g) CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)。
该反应的反应热△H =_________。催化反应室中采用300℃的反应温度，理由是   。
（2）已知：反应①在300℃时的化学平衡常数为0.27。该温度下将2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容积为2 L的密闭容器中，此时反应将（填“正向进行”、“逆向进行”或“处于平衡状态”）。
（3）上述流程中二甲醚精制的实验操作名称为      。
（4）图为绿色电“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。

该电池工作时，H⁺向 极移动（填“正”或“负”）；a电极的电极反应式为    。

（1）如图1是一种新燃料电池，它以CO为燃料，一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融混合物为电解质，图2是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。
①写出A极发生的电极反应式______________________；
②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应该与____________极（填：“C”或“D”）相连；
③当消耗1.12L（标况下）CO时，粗铜电极理论上减少铜的质量不超过__________克。

（2）工业上，可用铁作阳极，电解KOH溶液制备K₂FeO₄。
①电解过程中，OH-向_________（填“阴”或“阳”）极移动，阳极的电极反应式为______________；
②若阳极有28gFe溶解，则阴极析出的气体在标准状况下的体积为___________L。

(16分)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、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
（1） 将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若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下表：

离子	K^+	Na^+	NH	SO	NO	Cl^－
浓度/mol•L^－1	4×10^－6	6×10^－6	2×10^－5	4×10^－5	3×10^－5	2×10^－5

根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH ＝       。
（2）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                       。
（3） 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用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是_____________________。
③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＋MNiO(OH)＋MH，电池放电时，负极电极反应式为            ； 充电完成时，全部转化为NiO(OH)，若继续充电，将在一个电极产生O₂，O₂扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极电极反应式为        。

(14分)工业制硫酸时，利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键的步骤。
（1）一定条件下，SO₂可发生反应：SO₂(g)+O₂(g)SO₃(g)  △H=﹣98kJ·mol^﹣1。
①某温度下，在100 L的恒容密闭容器中开始加入4.0 mol SO₂(g)和10.0 mol O₂(g)，当反应达到平衡时共放出热量196 kJ，该温度下平衡常数K=_______(用分数表示)。
②上述反应按照相同的物质的量投料，测得SO₂在不同温度下的平衡转化率a％与压强的关系如下图所示。下列说法正确的是_______(填序号)。

A．温度：T3>T2>T1

B．正反应速率：v(c)>v(a)，v(b)>v(d)

C．平衡常数：K(a)>k(c)，K(b)=K(d)

D．平均摩尔质量：M(a)>M(c)，M(b)>M(d)

③上述反应达平衡后，保持温度和容器的压强不变，若再通入一定量SO₃(g)，则SO₂的体积分数_______(填“增大”、“减小”、“不变”)。
（2）某人设想以下图所示装置用电化学原理模拟生产硫酸：

①通入O₂的电极是________极。
②写出通入SO₂的电极的电极反应式：_______________
③若此过程中转移了0.2mol电子，则质子膜两侧电解液的质量变化差(△m左﹣△m右)为________g(忽略气体的溶解)。

氢氧燃料电池是将H₂通入负极，O₂通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高．
（1）若电解质溶液为KOH溶液，其正极反应为        ，负极反应为 ^﹣     ；
（2）若电解质溶液为硫酸，其正极反应为      ，负极反应为         ；若反应过程中转移了2mol电子，可产生水的质量为      g．
（3）若用氢氧燃料电池电解由NaCl和CuSO₄组成的混合溶液，其中c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol•L^﹣1，取该混合液100mL用石墨做电极进行电解，通电一段时间后，在阴极收集到0.112L（标准状况）气体．此时氢氧燃料电池外电路中转移电子数为    ，消耗H₂的质量为        g．

雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO₂(g)＋N₂(g)。在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如下图所示。

据此判断：
①该反应的ΔH__________0(填“＞”或“＜”)，ΔS__________0(填“＞”或“＜”)
②在T₁温度下，0～2 s内的平均反应速率v(N₂)＝____________________。
③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若增大催化剂的表面积，则CO转化率__________（填“增大”，“减少”或“不变”）
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是________________(填字母)。

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。
例如：CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)ΔH＝－867.0 kJ·mol^－1
2NO₂(g)N₂O₄(g)ΔH＝－56.9 kJ·mol^－1
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(g)的热化学方程式_________________。
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图。电极a、b表面发生的电极反应式分别为

a：_________________________________________；
b：_________________________________________。

燃料电池是利用燃料（如CO、H₂、CH₄等）与氧气反应，将反应产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。
（1）完成下列关于甲烷（CH₄）燃料电池的填空：
①甲烷与氧气反应的化学方程式为：_________________
②已知燃料电池的总反应式为CH₄+2O₂+2KOH==K₂CO₃+3H₂O，电池中有一极的电极反应为CH₄+10OH^--8e^-="=" CO₃^2-+7H₂O，这个电极是燃料电池的     （填“正极”或“负极”），另一个电极上的电极反应式为：           
③随着电池不断放电，电解质溶液的碱性         （填“增大”、“减小”或“不变”）
④通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率        （填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃烧的能量利用率。
（2）据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2－
①该电池反应的总离子方程式为____________________________
②甲醇在____极发生反应（填正或负），电池在放电过程中溶液的pH将____（填降低或上升、不变）；

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                                            。