高中化学化学电源新型电池填空题

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。

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、NO_x等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
Ⅰ．将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。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表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^2-	NO3^-	Cl^-
浓度 /mol．L^-1	4×10^-5	6×10^-5	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断PM2.5的酸碱性，试样的pH=_________。
Ⅱ．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___。
2CO（g）═2C（s）+O₂（g），已知该反应的△H＞0，该设想不能实现，他的依据是_______。
Ⅲ．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+M  NiO（OH）+MH，电池放电时，负极电极反应式为：________________________。

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。

如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图。M、N两电极的质量相同，其中一个为银电极一个为铁电极。

（1）写出通入甲烷的铂电极上的电极反应式为__________________________。 
（2）若一段时间后M与N两电极的总质量不变，则N电极是             。此时两电极质量差为5.4g，甲池中理论上消耗氧气          mL(标准状况)
（3）若一段时间后M与N两电极的总质量增加4g，N电极质量变化为________克。

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_____________；

(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)。

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。

铁是用途最广泛的金属材料之一，但生铁易生锈，请讨论电化学实验中有关铁的性质。
（1）某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应为_________，左侧烧杯中的c(Cl^-)________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe＋H₂SO₄=FeSO₄＋H₂↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H₂。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。

（3）用高铁酸盐设计的高铁电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应式为3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O=3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH。
①写出正极电极反应式________________________________。
②用高铁电池做电源，以铁为阳极，以铜作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2molK₂FeO₄反应时，则在电解池中生成H₂________L。（标准状况）

甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景。工业生产甲醇的常用方法是CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(g)  ΔH＜0。
（1）在25℃、101 kPa下，1 g甲醇（液态）完全燃烧后，恢复到原状态放热Q kJ，则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为                           。
（2）工业上利用甲醇制备氢气常用的方法之一是甲醇蒸气重整法。此方法当中的一个主要反应为CH₃OH(g)===CO(g)＋2H₂(g)，说明该反应能自发进行的原因                          。
（3）甲醇燃料电池由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染、可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。其工作原理如右图，质子交换膜左右两侧的溶液均为1L 1.5 mol/L H₂SO₄ 溶液。

①通入气体a的电极是电池的______________（填“正”或“负”）极，其电极反应式为_______________；
②当电池中有2 mole^－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）。

当前我国环境状况不容乐观，其中PM2.5、CO、S0₂、NOx等污染物对空气质量的影响非常显著，其主要来源为燃煤、机动车尾气等，因此，对其进行研究具有重要意义。
（1）对某地PM2.5样本用蒸馏水处理后，测得该试样中的化学组分及其平均浓度如下表：

根据表中数据计算该试样的pH=             
（2）NOx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，其能量变化如图1所示。

①写出N₂和0₂反应的热化学方程式：________。
②有人设想将C0按下列反应除去：2CO(g)= 2C(s)+0₂(g)△H>O，请你分析该设想能否实现？          （填“是”或“否”），依据是                           
③用图2所示原电池原理也可以除去CO，则其负极反应式为：________。
（3）有人设想利用反应NaOH+S0₂=NaHS0₃将SO₂吸收除去，然后用石灰水又可使NaOH再生。再生的离子方程式为：                    。
（4）利用I₂0₅消除CO污染的反应为：5CO(g)+I₂0₅(s)—兰5CO₂(g)+I₂(s)，不同温度下，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图3．则：
①该反应的化学平衡常数表达式为K=____    。
②T₁与T₂化学平衡常数大小关系：K(T₁)__________K(T₂)（填“>”、“<”或“=”）

Ⅰ、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的
放电电压。高铁电池的总反应为
3Zn＋2K₂FeO₄＋8H₂O 3Zn(OH)₂＋2Fe(OH)₃＋4KOH
（1） 放电时正极附近溶液的碱性        （填增强、减小或不变）；放电时每转移3 mol 电子，有      molK₂FeO₄被     （填氧化或还原）
（2）电池充电时阳极反应为                        
Ⅱ、下列框图中，A由两种黑色金属氧化物等物质的量混合而成，B中含有四种阳离子．据此回答下列问题：

（1）A的组成是(填化学式)          
（2）相同条件下，溶液B中所有阳离子的氧化性由强到弱的顺序依次是                 
（3）A中某组分可由单质与水反应制得，化学方程式为：                   
（4）电解所用装置如右图所示
电解开始阶段，阳极上的电极反应是                 
电解至阴极刚开始有固体R析出时，该溶液中金属离子浓度由大到小的顺序是            

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）；

二甲醚（DME）一种清洁的替代燃料，不含硫，不会形成微粒，而且与汽油相比，排放的NO₂更少，因此是优良的柴油机替代燃料。工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下（复合催化剂为CuO/ZnO/Al₂ O₂）：2CO（g)+4H₂（g)CH₃OCH₃（g)+H₂O（g) △H=-204.7kJ/mol。
（1）600℃时，一步法合成二甲醚过程如下：
CO（g)+2H₂（g)=CH₃OH（g)          △H₁=-100．46kJ/mol
2CH₃OH（g)=CH₃OCH₃（g)+H₂O（g)    △H₂
CO（g)+H₂O（g)=CO₂（g)+H₂（g)     △H₃=-38．7kJ/mol
则△H₂=         。
（2）以DME为燃料，氧气为氧化剂，在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池，则通入氧气的电极是电源的    （填正、负）极，通DME的电极反应为       。

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__________________________________。