高中化学化学电源新型电池填空题

微生物燃料电池（MFC）是燃料电池中特殊的一类，它利用微生物作为反应主体，将有机物的化学能转化为电能。以葡萄糖溶液作底物为例，其工作原理如右图所示。

已知石墨电极上反应为：
C₆H₁₂O₆＋6H₂O－24e^－          6CO₂＋24H^＋
⑴ 电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。电池工作时，质子移向电源的      极，铂碳上所发生的电极反应式为_____________。
⑵燃烧热是指1摩尔物质完全燃烧生成稳定的物质（如H转化为液态水，C转化为二氧化碳 ）所放出的热量。葡萄糖的燃烧热为2800kJ/mol，写出葡萄糖燃烧的热化学方程式                               。
⑶ 化学需氧量（COD）是重要的水质指标，其数值表示将1L水中的有机物氧化为CO₂、H₂O所需消耗的氧气的质量。科学家设想利用微生物燃料电池来处理某些污水，并进行发电，该设想已经在实验室中获得成功。但如果1L废水中有机物（折算成葡萄糖）氧化提供的化学能低于5.6kJ，就没有发电的必要。则下列污水中，不适合用微生物燃料电池发电的是                   （填序号）。

序号	A	B	C	D	E
污水类型	生活污水	印染	电镀	造纸	硫酸工业废水
COD值(mg/L)	520	870	20	960	120

 

(18分)如下图所示，某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：
(1)通入氧气的电极为________(填“正极”或“负极”)，写出负极的电极反应式________________________________________________________。
(2)铁电极为________(填“阳极”或“阴极”)，石墨电极(C)的电极反应式为________________________________________________________________________。
(3)反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在________(填“铁极”或“石墨极”)区
(4)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为________；丙装置中阴极析出铜的质量为________。

我国在青藏高原发现了名为“可燃冰”的环保型新能源。
（1）“可燃冰”属于化石燃料，主要成分是CH₄。另外还有两种化石燃料，它们的名称分别是   ________和         。
（2）CH₄可与Cl₂反应，反应历程如下

则CH₄与Cl₂反应生成CH₃-Cl（g）的热化学方程式为         。
（3）CH₄可用于设计燃料电池。甲烷燃料电池的工作原理如下图所示：

则通入CH₄的一极为原电池的           （填“正极”或“负极”），正极的电极反应式为              。
（4）在25℃时，将两个铂电极插入一定量的饱和Na₂SO₄溶液中进行电解，通电一段时间后在阳极逸出a mol气体，同时析山w g Na₂SO₄·10H₂O晶体，若温度不变，此时剩余溶液的质量分数是                   。

(14分)随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了各国的普遍重视。
（1）目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。
为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)   ΔH＝－49.0kJ/mol
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率υ(H2)＝__________mol/(L·min)。
②该反应的平衡常数表达式为K=__________。
（2）已知在常温常压下：
①2CH3OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(g)  ΔH＝－1277 kJ·mol-1
②2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g)　  ΔH＝－566 kJ·mol-1
③C(s)+O2(g)＝CO(g)　 ΔH＝－110.5 kJ·mol-1
④H2O(g)＝H2O(l)　 ΔH＝－44 kJ·mol-1
则，CH3OH(l)＋O2(g)＝CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝________kJ·mol-1。
（3）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为___________，c口通入的物质为___________。
②该电池负极的电极反应式为：_________________。
③工作一段时间后，当外电路中有1.2NA个电子通过时，有    g甲醇参加反应。
（4）在下列选项中与甲醇互为同系物的是_______(填字母代号)，该同系物与相对分子质量相同的羧酸反应的化学方程式为______________，该反应的反应类型是____________。
试写出一种与D选项互为同分异构体且含有苯环的物质_______________。

铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO₂，电解质溶液为稀硫酸。工作时，该电池的总反应为PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O，根据上述情况判断：
（1）蓄电池的负极是______，其电极反应式为______________________________。
（2）蓄电池的正极电极反应式为_________________________________。
（3）蓄电池工作时，其中电解质溶液的pH______（增大、减小、不变）。

(7分)能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能源的利用率。
(1)氢气在燃烧时，放出大量热量，说明该反应是_________________热反应，这是由于反应物的总能量____________生成物的总能量；从化学反应的本质角度来看，是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量_______________________形成产物的化学键放出的总能量。
(2)氢气被公认为是21世纪代替矿物燃料的理想能源，5.2 g氢气燃烧时放出286 kJ热量，而每千克汽油燃烧时放出的热量为46000 kJ。试据此分析氢气作为能源代替汽油的优势：_______________________________。
(3)通过氢气的燃烧反应，可以把氢气中蕴含的化学能转化为热能，如果将该氧化还原反应设计成原电池装置，就可以把氢气中蕴含的化学能转化为电能，下图就是能够实现该转化的装置，被称为氢氧燃料电池。该电池的正极是____________ (填“a电极”或“b电极”)，在负极发生的电极反应是_________________，

(6分) 铅蓄电池是最普通的二次电源，其电极材料分别是Pb和PbO₂，电解质溶液为稀硫酸。工作时，该电池的总反应为PbO₂+Pb+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。已知PbSO₄是难溶性的电解质_，根据上述情况判断：
（1）蓄电池的负极是     ，其电极反应方程式为                      。
（2）蓄电池的正极反应方程式为：PbO₂ + 2e^- + 4H⁺ +SO₄^2- = PbSO₄ + 2H₂O，当电路中转移3mol电子时，被还原的PbO₂的物质的量为       。
（3）蓄电池工作时，其中电解质溶液的pH______（填“增大”、“减小”、“不变”）。

MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600℃～700℃，所用燃料为H₂，电解质为熔融的K₂CO₃。该电池的总反应为：2H₂+O₂  2H₂O，负极反应为：H₂+CO₃^2-→H₂O+CO₂+2e^-。则下列推断中，正确的是（   ）

A．正极反应为4OH^—→2H2O+O2↑+4e^-	B．当电池生成1mol水时，转移4mol电子
C．放电时CO3^2-向负极移动	D．通H2的一极为负极，发生还原反应

据报道，氢燃料电池公交汽车已经驶上北京街头。下列说法正确的是

A．电解水制取氢气是理想而经济的制氢方法

B．发展氢燃料电池汽车不需要安全高效的储氢技术

C．氢燃料电池把氢气和氧气燃烧放出的热能转化为电能

D．氢燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染

熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），发明于1889年。现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H₂的体积比为1：1）直接作燃料，其工作原理如图所示。

请回答下列问题：
（1）B极发生____（填“氧化”或“还原”）反应
（2）电池总反应为___________________________________________。
（3）以此电源电解足量的CuSO₄溶液，阳极产生气体0.56 L（已换算为标况），则阴极产物的质量为       g。电解后溶液体积为1 L，溶液的pH约为       。
（4）电池中的电解质碳酸钠形成的水溶液体系不能用带玻璃塞的试剂瓶保存，其原因是
                                        （用化学方程式表示）

科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。
（1）实验室可用无水乙醇处理少量残留的金属钠，化学反应方程式为。要清洗附着在试管壁上的硫，可用的试剂是。
（2）右图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320左右，电池反应为,正极的电极反应式为。（由和制得）的两个作用是。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的倍。

（3）溶液中离子浓度由大到小的顺序为，向该溶液中加入少量固体，溶液（填"增大""减小"或"不变"），溶液长期放置有硫析出，原因为（用离子方程式表示）。

I。锂——空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量，因此它是很有前途的电池技术。下图是锂——空气电池放电时的工作示意图。

（1）图1中电极a是              极。
（2）电池中间的固体电解质（含阳离子交换膜）还能阻止H₂O、N₂、O₂等物质的通过防止Li和这些物质反应。Li和水在常温下发生反应的化学方程式为                     。
II．某些锂电池广泛应用于手机、数码相机及便携式电脑中。此种锂电池的负极通常由金属锂构成，正极由二氯亚砜（SOCl₂）和碳材料构成。总反应为：4Li+2SOCl₂=4LiCl+S+SO₂↑，此种锂电池是一次电池，在放电时有气体产生。以下说法中正确的是                。

A．放电时电池内部Li^+向负极移动[

B．放电过程中，电池负极发生氧化反应

C．放电时每移动2mol电子，有1molS被还原

D．放电时电池正极反应为：3SOCl2+4e^-=SO2+S+4Cl^-

III．锂电池回收具有重要意义，重点回收的正极材料，其主要成分为钴酸锂（LiCoO₂）、铝箔等。
某回收工艺流程如下：

（1）废旧电池残留有单质锂，拆解时需隔绝空气，是因为锂易与空气中的         反应。
（2）酸浸时钴酸锂发生反应的化学方程式为                   。若用盐酸代替H₂SO₄、H₂O₂混合液也能达到酸浸目的，但不利之处是            。
（3）Li₂CO₃在水中的溶解度随温度升高而减小，操作2的步骤是：加热浓缩析出晶体、   、洗涤、干燥。

熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K₂CO₃（其中不含O^2-和HCO₃^-）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池负极电极反应式为：2C₄H₁₀+26CO₃^2-－52e^- →34CO₂+10H₂O。试回答下列问题：
（1）该燃料电池的化学反应方程式为                          ；
（2）正极电极反应式为                                      。

第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合作为动力。汽车在刹车或下坡时，
电池处于充电状态。混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属（以M表示）为负极，碱液（主要为KOH）为电解质溶液。下图是镍氢电池充放电原理的示意，其总反应式为：，下列说法中正确的是

A．混合动力车上坡或加速时，溶液中的OH^-向乙电极移动

B．混合动力车刹车或下坡时，乙电极周围溶液的pH增大

C．混合动力车上坡或加速时，乙电极电极反应式为NiOOH+H2O+e^-=Ni(OH)2+OH^-

D．混合动力车刹车或下坡时，甲电极电极反应式为H2+2OH^-+2e^-=2H2O

下图是氨氧燃料电池示意图，按照此图的提示，回答下列问题：

（1）a电极作______极（填“正”、“负”或“阴”、“阳”），其电极反应式为_________________；
（2）反应一段时间后，电解质溶液的PH将        （填“增大”、“减小”或“不变”）；
（3）已知N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g) ΔH=" —92.4" kJ·mol^-1；2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g) ΔH=" —483.6" kJ·mol^-1，试写出氨气完全燃烧生成气态水的热化学方程式：__________________________；
（4）若用该燃料电池产生的电能在铁皮上镀锌（制白铁皮），某铁皮上现需要镀上97.5g锌，理论上至少需要消耗氨气_________L（标准状况）。