高中化学化学电源新型电池填空题

根据化学反应与能量转化的相关知识，试回答下列问题：
（1）已知：白磷黑磷，黑磷比白磷稳定，结构与石墨相似，下图能正确表示该反应中能量变化的是________（填序号）。

（2）已知：在25 ℃、101 kPa时，8 g CH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是445.15 kJ，则CH₄燃烧的热化学方程式是                。
（3）已知：氢氧燃料电池的总反应方程式为2H₂+O₂==2H₂O。其中，氢气在       （填“正”或“负”）极反应，在碱性条件下，电极反应式为                     。电路中每转移0.2mol电子，标准状况下消耗H₂的体积是________L。

(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)。

A、B、X、Y和Z是原子序数依次递增的短周期元素，其中A与Y同主族，X与Z同主族，A与B和A与X均可形成10个电子化合物；B的最高价含氧酸可与其气态氢化物反应生成盐，常见化合物Y₂X₂与水反应生成X的单质，其溶液可使酚酞试液变红。用元素符号或化学式回答下列问题。
（1）X在周期表中的位置是          ；五种元素的原子半径从大到小的顺序是            ；化合物Y₂X₂的电子式为                。
（2）X、Z的简单氢化物中沸点较高的是       ；原因是                     。
（3）A与X和A与Z均能形成18个电子的化合物，这两种化合物发生反应可生成Z，其反应的化学方程式为：_________________________；
（4）A的单质与X的单质可制成新型的化学电源（KOH溶液作电解质溶液），两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电，则负极电极反应式为：_____________。
（5）写出化合物Y₂X₂与水反应的离子方程式：_________________________。

可以将氧化还原反应2H₂＋O₂＝2H₂O设计成原电池。（每空2分）
（1）利用H₂、O₂、HCl溶液构成燃料电池，则正极的电极反应式为_______________；负极的电极反 应式为________________。
（2）把H₂改成CH₄，KOH溶液作电解质，则负极的电极反应式为_______________，当导线中通过4 mol电子时，需消耗______mol的KOH；将4 mol CH₄完全与Cl₂发生取代反应，并生成等物质的量的四种氯代物，则理论上需要消耗Cl₂的物质的量为_______mol。

(10分)（1）在25℃、101 kPa下，1 g甲烷完全燃烧后，恢复到原状态放热Q kJ，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为_________________                  。
（2）肼(N₂H₄)一空气燃料电池是一种碱性环保电池，该电池放电时，负极的反应式为          。
（3）如图装置中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol/L的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol/L的CuSO₄溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，乙烧杯中石墨电极附近pH值的变化为       （选填“变大”、“变小”、“不变”）。通电一段时间后（溶液中还有CuSO₄），若要使乙烧杯中电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入         (填序号).

A．CuO

B．Cu(OH)2

C．CuCO3

D．Cu2(OH)2CO3

（4）下图是用于笔记本电脑的甲醇（CH₃OH）燃料电池结构示意图，质子交换膜左右两侧的溶液均为500mL 2 mol/LH₂SO₄ 溶液，当电池中有1mole^－发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为      （忽略气体的溶解，假设反应物完全耗尽）。

（1）甲烷是一种高效清洁的新能源，0.25mol甲烷完全燃烧生成液态水时放出222.5KJ热量，则甲烷燃烧的热化学方程式为               。
（2）科研人员新近开发出一种由甲醇（CH₃OH）和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，可供手机连续使用一个月才充一次电，据此请回答以下问题：
A、甲醇在    （正或负）极上发生反应，电极反应式为               。
B、电池反应的离子方程式：               。

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）；

（14分)研究表明：丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气)到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图1表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图。写出230℃该反应的热化学方程式：        _______________             。

（2）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，测得CO₂（g)和CH₃OH（g)的浓度随时间变化如上图2所示。
①能说明该反应已经达到平衡状态的是_______________。（选填编号)
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O
D．该体系中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变
②计算该温度下此反应的平衡常数K＝________。（保留两位有效数字)。若改变条件    （填选项)，可使K＝1。
A．增大压强  
B．增大反应物浓度  
C．降低温度  
D．升高温度  
E．加入催化剂
（3）某甲醇燃料电池原理如图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)，则该电解的总反应离子方程式为：                          。假设溶液体积为300 mL，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)。

V、W、X、Y、Z是原子序数依次递减的五种常见元素。X元素是地壳中含量最多的元素，Y、Z组成气态化合物M的水溶液呈碱性，W的单质在X₂中燃烧的产物可使品红溶液褪色，V是一种历史悠久，应用广泛的金属元素。请回答：
（1）Y元素在周期表中的位置是               ；写出X、Z两种元素组成的一种化合物的一种用途                           。
（2）由以上五种元素两两组合所形成的化合物中，有一种物质能与水反应生成气体且属于氧化还原反应，请写出该反应的化学方程式                       。
（3）X、Y、Z三种元素可组成一种强酸U，M在适当条件下被U吸收生成一种盐。常温下该盐的水溶液的pH        7（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（4）W（s）+O₂（g）    WO₂（g）；H₁  W（g）+O₂（g）   WO₂（g）；H₂
则H_l            （填“＞”或“＜”或“=”）H₂。
（5）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以Y₂、Z₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，试写出该电池的正极反应式                 ；放电时溶液中H⁺移向      （填“正”或“负”）极。
（6）若将V金属投入到硫酸溶液中，生成了浅绿色溶液N。写出N的溶液与K₂Cr₂O₇酸性溶液反应的离子方程式：                                        。

(16分)运用化学原理知识研究化学对于人类的生产生活、科研意义重大。
（1）工业上以黄铜矿(主要成分：CuFeS₂，其中S为-2价)为原料，采用火法熔炼工艺生产粗铜。CuFeS₂中Fe的化合价为_____，熔炼过程中所得炉渣的主要成分有FeO、Fe₂O₃、SiO₂，Al₂O₃等，若要利用炉渣制取铁红，下列实验操作不需要的是_____(填写字母代号)。

A．溶解

B．过滤

C．蒸发结晶

D．灼烧

（2）Mg(OH)₂是水垢的主要成分之一，用氯化铵溶液浸泡：可以溶解Mg(OH)₂，请结合平衡移动原理解释其原因_____。
（3）研究发现CuCl₂溶液中铜、氯元素的存在形式为Cu(H₂O)₄²⁺、CuCl₄^2-，电解CuCl₂溶液一段时间，阳极产生2.24L(标准状况)黄绿色气体，阴极析出红色物质，试计算该过程中共转移电子____mol，若要使电解质溶液恢复至原浓度，应向电解后的溶液中加入________。
（4）以硼氢化合物NaBH₄(B元素的化合价为+3价)和H₂O₂作原料的燃料电池，负极材料采用Pt／C，正极材料采用MnO₂。其工作原理如图所示。电池放电时Na⁺由____(填写“a”或“b”，下同)极区移向___________极区，该电池的负极反应式为__________________________________。

固定和利用CO₂，能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体。
（1）工业上正在研究利用CO₂来生产甲醇燃料的方法。
已知：H₂(g)＋1/2O₂(g)===H₂O(g)ΔH₁＝－242 kJ/mol
CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH₂＝－676 kJ/mol
①写出CO₂和H₂反应生成气态甲醇等产物的热化学方程式：___________________。
②下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图，其中正确的是________(填字母序号)。

（2）微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下：

①该电池外电路电子的流动方向为________(填写“从A到B”或“从B到A”)。
②工作结束后，B电极室溶液的酸性与工作前相比将________(填写“增大”、“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。
③A电极附近甲醇发生的电极反应式为________。

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                                            。

Ⅰ、碳是地球上含量丰富的元素，其氧化物的研究有着重要意义。
（1）下图是1 mol NO₂和1 mol CO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，写出NO₂和CO反应的热化学方程式  _______________；

（2）试在原图基础上画出加入正催化剂后该反应在反应过程中的能量变化示意图（进行必要的标注）。
Ⅱ、全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。
全钒液流电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子【V^2＋ (紫色）、V^3＋（绿色）、VO^2＋（蓝色）、VO₂⁺（黄色）】为正极和负极电极反应的活性物质
电池总反应为VO^2＋＋V^3＋＋H₂OV^2＋＋VO₂⁺＋2H^＋。
下图是钒电池基本工作原理示意图：

请回答下列问题：
（1）放电时的正极反应式为____       
（2）充电时的阴极反应式为_________  ___                    _____，
充电过程中，电解液的pH          (选填“升高”“降低”或“不变”）。
（3）放电过程中氢离子的作用是______                               ；
若充电时转移电子的数目为6.02×10²³，则左槽溶液中H⁺的变化量为           mol 。

(17分)碳及其化合物与人类生产、生活密切相关。（1）在化工生产过程中，少量CO的存在会引起催化剂中毒，为了防止催化剂中毒，常用SO₂将CO氧化，SO₂被还原为S。
已知：C(s)＋1/2O₂(g)=CO(g)△H₁=－126.4kJ·mol^－1
C(s)＋O₂(g)=CO₂(g)△H₂=－393.5kJ·mol^－1
S(s)＋O₂(g)=SO₂(g) △H₃=－296.8kJ·mol^－1
则SO₂氧化CO的热化学反应方程式为____________。
（2）CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) △H=-90．8KJ·mol^-1。
①在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律。如图是上述三种温度下H₂和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是______℃；该温度下上述反应的化学平衡常数为_______。曲线上a、b、c点对应的化学平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，则K₁、K₂、K₃的大小关系为___________；

②在密闭容器里按体积比为1：2充入一氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状。当改变某一反应条件后，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是______(填序号)。

A．正反应速率瞬间增大，后逐渐减小

B．混合气体的密度增大

C．化学平衡常数K值增大

D．反应物的体积百分含量增大

（3）一种新型CO燃料电池工作原理如图所示。

①负极电极反应式为_______________________；
②电极A处产生的CO₂有部分参与循环利用，其利用率为____________。

（14分)氨的合成是最重要的化工生产之一。
Ⅰ．工业上合成氨用的H₂有多种制取的方法：
① 用焦炭跟水反应：C（s)＋H₂O（g)CO（g) ＋ H₂（g)；
② 用天然气跟水蒸气反应：CH₄（g)＋H₂O（g) CO（g)＋3H₂（g)
已知有关反应的能量变化如下图，且方法②的反应为吸热反应，则方法②中反应的ΔH =___________kJ/moL。

Ⅱ．在3个1L的密闭容器中，同温度下、使用相同催化剂分别进行反应：
3H₂（g)＋N₂（g) 2NH₃（g)
按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，反应达到平衡时有关数据为：

容 器	甲	乙	丙
反应物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
达到平衡的时间（min)	t	5	8
平衡时N2的浓度（mol·L^－1)	c1	3	c2

（1）下列能说明该反应已达到平衡状态的是
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1︰3︰2    
b．v（N₂)_正＝3v（H₂)_逆
c．容器内压强保持不变                         
d．混合气体的密度保持不变
（2）甲容器中达到平衡所需要的时间t   5min，表中c₁   c₂。（填“＞”、“＜” 或“＝”)
（3）用氨合成尿素的反应为2NH₃（g)＋CO₂（g)CO（NH₂)₂（s)＋H₂O（g)。工业生产时，原料气带有水蒸气。图1表示CO₂的转化率与氨碳比、水碳比的变化关系。
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是         。
②测得B点氨的转化率为30%，则x₁＝         。
Ⅲ．有人设想以N₂和H₂为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图2所示。

电池正极的电极反应式是                            ，A是            。