高中化学化学电源新型电池填空题

氢气是一种清洁能源，氢气的制取是氢能源利用领域的研究热点；氢气也是重要的化工原料。
（1）纳米级的Cu₂O可作为太阳光分解水的催化剂．一定温度下，在2L密闭容器中加入纳米级Cu₂O并通入0.10mol水蒸气发生反应：
2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^﹣1，不同时段产生O₂的量见下表：

时间/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

上述反应过程中能量转化形式为光能转化为          能，达平衡过程中至少需要吸收光能为         kJ（保留三位小数）。
（2）氢气是合成氨工业的原料，合成塔中每产生2mol NH₃，放出92.2kJ热量．已知：

则1mol N﹣H键断裂吸收的能量约等于           。
（3）已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=﹣483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
则H₂还原NO₂生成水蒸气和氮气反应的热化学方程式是                      。
（4）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是 H₂+2NiO(OH)  2Ni(OH)₂。请由总反应式回答：
1.电解质溶液应该是               （选填酸溶液、碱溶液），
②.电池放电时，负极反应式为                      ，
3.外电路中每通过0.2N_A个电子时，H₂的质量理论上减小             g，
4.电池工作时，电子由     极通过外电路流向       极（选填正、负）。

分Ⅰ.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。
（1）工业生产甲醇的常用方法是CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(g) ΔH＝－90.8 kJ·mol^－1。
已知：2H₂(g)＋O₂(g)===2H₂O(l)ΔH＝－571.6 kJ·mol^－1
H₂(g)＋1/2O₂(g)===H₂O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol^－1
①H₂的燃烧热ΔH＝___________kJ·mol^－1。
②CH₃OH(g)＋O₂(g)===CO(g)＋2H₂O(g)的反应热ΔH＝________________。
（2）工业上利用甲醇制备氢气常用方法之一是甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH₃OH(g)===CO(g)＋2H₂(g)，此反应能自发进行的原因是____________________________。
Ⅱ.铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：
Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-2PbSO₄+2H₂O
请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：
（1）放电时：正极的电极反应式是________________；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。
（2）在完全放电耗尽PbO₂和Pb时，若按图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________、B电极上生成________。

开发新能源，使用清洁燃料，可以达到减少污染的目的。
（1）由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，其分子中均有氧，且1个乙分子中含有18个电子，则甲和乙分别是                  。乙是一种清洁燃料，工业上可用甲和氢气反应制得。
① T₁温度时，在体积为2 L的密闭容器中充入2 mol甲和6 mol H₂，反应达到平衡后，测得c(甲)＝0.2 mol/L，则乙在平衡混合物中的物质的量分数是              。（保留两位有效数字）
② 升高温度到T₂时，反应的平衡常数为1，下列措施可以提高甲的转化率的是________（填字母）。
A．加入2 mol甲     B．充入氮气     C．分离出乙     D．升高温度
（2）甲烷也是一种清洁燃料，但不完全燃烧时热效率降低并会产生有毒气体造成污染。已知：
CH₄(g) + 2O₂(g) ＝ CO₂(g) + 2H₂O(l)    ΔH₁＝―890.3 kJ/mol
2CO (g) + O₂(g) ＝ 2CO₂(g)    ΔH₂＝―566.0 kJ/mol
则甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水时的热效率是完全燃烧时的________倍（计算结果保留1位小数）。
（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。右图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol/L的氯化铜溶液的装置示意图（O^2-可以在固态电解质中自由移动）。请回答：

① 甲烷燃料电池的负极反应式是           。
② 当线路中有0.1 mol电子通过时，______________（填“a”或“b”）极增重____________g。

PM_2．5污染跟工业燃煤密切相关，燃煤还同时排放大量的SO₂和NO_X。
（1）在一定条件下，SO₂气体可被氧气氧化，每生成8 g SO₃气体，放出9．83 kJ的热量，写出该反应的热化学方程式                。若起始时向密闭容器内充入0．4molSO₂和0．2mol O₂，达平衡后放出的热量为Q，则Q       39．32kJ（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）一定条件下，在恒容密闭的容器中，当上述反应达到平衡时，下列说法正确的是__________（填序号）
a．2v_逆（SO₂）=v_正（O₂）              
b．ΔH保持不变
c．混合气体密度保持不变              
d．混合气体的平均相对分子质量保持不变
（3）500℃时，在催化剂存在条件下，分别将2 mol SO₂和1 mol O₂置于恒压容器I和恒容容器II中（两容器起始容积相同，），充分反应均达到平衡后,两容器中SO₂的转化率关系是I_________II（填“>”、“<”或“=”）。若测得容器II中的压强减小了30%，则该容器中SO₃体积分数为         （结果保留3位有效数字）。
（4）将生成的SO₃溶于水，再向溶液中通入NH₃得到1L cmol/L（NH₄）₂SO₄溶液的PH=5，计算该（NH₄）₂SO₄溶液的水解平衡常数K_h=              。
（5）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作原电池，其装置见下图。该电池中Na⁺向  _____电极移动（填“Ⅰ”或“Ⅱ”），在电池使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应为                  。

下图是一个乙醇燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量不减少，请回答下列问题：

（1）M电极的组成元素在周期表中的位置是_________________，电极名称是__________，加入乙醇的铂电极的电极反应式为________________，写出乙池中发生的化学反应的离子式________________；
（2）在此过程中，乙池中某一电极析出金属银4.32g时，甲池中理论上消耗氧气为____________L（标准状况下）；若此时乙池溶液的体积为400mL，则乙池中溶液的pH为________；
（3）若在常温常压下，1g C₂H₅OH燃烧生成CO₂和液态H₂O时放出29.71kJ热量表示该反应的热化学方程式为________________；
（4）甲烷也是一种很好的清洁能源．蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体．甲烷气体燃烧的热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ/mol．356g“可燃冰”（若分子式为CH₄•9H₂O）释放的甲烷气体完全燃烧生成液态水．放出的热量为__________kJ；

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”）。

氮的氢化物NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(l)   ΔH₁
②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)   ΔH₂
则反应 4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)  ΔH＝                 。(请用含有ΔH₁、ΔH₂的式子表示)
（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N₂和9 mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度/K	平衡时NH3的物质的量/mol
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1 mol N₂(g)和3 mol H₂(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH₃(g)中的化学键消耗的能量。
①则T₁       T₂(填“＞”、“＜”或“＝”)
②在T₂ K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H₂的平均速率v(H₂)=          ，平衡时N₂的转化率α(N₂)=           。
③下列图像分别代表焓变(ΔH)、混合气体平均相对分子质量()、N₂体积分数φ(N₂)和气体密度(ρ)与反应时间的关系，其中正确且能表明一段时间后该可逆反应达到了平衡状态的是           。

（3）某N₂H₄(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。

①M区发生的电极反应式为                                           。
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极)，设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时(在常温下测定)，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N₂H₄的质量为          g(假设溶液电解前后体积不变)。

（1）已知：O₂ (g)= O₂^＋ (g)+e^－ △H₁=" +1175.7" kJ·mol^－1
PtF₆(g)+ e^－= PtF₆^－(g)    △H₂=" -" 771.1 kJ·mol^－1
O₂+PtF₆^－(s)=O₂⁺(g)+PtF₆^－ (g)  △H₃="+482.2" kJ·mol^－1
则反应：O₂（g）+ PtF₆ (g) = O₂+PtF₆(s)的△H="_____" kJ·mol^-1。
如图为合成氨反应在使用相同的催化剂，不同温度和压强条件下进行反 应，初始时N₂和H₂的体积比为1:3时的平衡混合物中氨的体积分数：

① 在一定的温度下，向体积不变的密闭容器中充入氮气和氢气发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是       。
a．体系的压强保持不变        b．混合气体的密度保持不变
c．N₂和H₂的体积比为1:3      d．混合气体的平均摩尔质量不变
②分别用v_A（NH₃）和v_B（NH₃）表示从反应开始到平衡状态A、B时的反应速率，则v_A（NH₃）    v_B（NH₃）（填“>”、“<”或“=”），该反应的的平衡常数k_A     k_B（填“>”、“<”或“=”），在250 ℃、1.0×10⁴kPa下达到平衡，H₂的转化率为     %（计算结果保留小数点后一位）；
（3）25℃时，将a mol NH₄NO₃溶于水，溶液呈酸性，原因                                   （用离子方程式表示）。向该溶液中加入bL氨水后溶液呈中性，则所加氨水的浓度为          mol/L（用含a、b的代数式表示，NH₃·H₂O的电离平衡常数为K_b=2×10^-5）
（4）如图所示，装置Ⅰ为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。电镀一段时间后，装置Ⅰ中溶液的pH      （填“变大”、“变小”或“不变”），a极电极反应方程式为                 ；若电镀结束后，发现装置Ⅱ中阴极质量变化了25.6g（溶液中硫酸铜有剩余），则装置Ⅰ中理论上消耗甲烷     L（标准状况下）。

空气质量与我们的健康息息相关，目前我国通过监测6项污染物的质量浓度来计算空气质量指数(AQI)，SO₂、NO₂和CO是其中3项中的污染物。
（1）一定温度下，向固定体积为2 L的密闭容器中充入SO₂和NO₂各1 mol，发生反应SO₂(g)＋NO₂(g)  SO₃(g)＋NO(g)，测得上述反应5 min末到达平衡，此时容器中NO与NO₂的体积比为3︰1，则这段时间内SO₂的反应速率υ(SO₂)＝            ，此反应在该温度下的平衡常数K＝             。

（2）甲醇日趋成为重要的有机燃料，通常利用CO和H₂合成甲醇，其反应的化学方程式为CO(g)＋2H₂(g)  CH₃OH(g)。今在一容积可变的密闭容器中，充有10 mol CO和20 mol H₂用于合成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(P)的关系如图所示：
①上述合成甲醇的反应为            反应(填“放热”或“吸热”)。
②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为                         。A、B两点对应的压强大小关系是P_A            P_B(填“大于”、 “小于”或“等于”)。
③若将达到平衡状态A时生成的甲醇用于构成甲醇一氧气燃料电池，电解质溶液为KOH浓溶液，则该电池工作时正极的电极反应式为            ，理论上通过外电路的电子最多为          mol。

(10分)化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。
氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：

（1）对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。

A．a电极是负极，OH^－移向负极

B．b电极的电极反应为：O2＋2H2O＋4e^－===4OH^－

C．电池总反应式为：2H2＋O22H2O

D．电解质溶液的pH保持不变

E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
（2）上图右边装置中盛有AgNO₃溶液，当氢氧燃料电池工作一段时间后，AgNO₃溶液的pH_____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
（3）已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ/mol，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_______________，正极的反应式为______________。
理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为__________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。

丙烷（C₃H₈）和丙烯（C₃H₆）都可作火炬燃料。
（1）丙烷脱氢可得丙烯。
已知：C₃H₈（g）＝CH₄（g）＋HCCH（g）＋H₂（g）   △H₁=＋156.6 kJ·mol^－1
CH₃CHCH₂（g）＝CH₄（g）＋HCCH（g ）        △H₂=＋32.4 kJ·mol^－1
则相同条件下，反应C₃H₈（g）= CH₃CHCH₂（g）＋H₂（g）的△H=        kJ·mol^－1。
（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池负极反应式为           ；放电时CO₃^2－移向电池的          （填“正”或“负”）极。
（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO₂和H₂O。常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol·L^－1。若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃HCO₃^－＋H^＋的平衡常数K₁=            。（已知10^-5.60=2.5×10^-6）
（4）常温下，0.1 mol·L^－1NaHCO₃溶液的pH大于8，则溶液中：
①c（OH^-）=                      。
②c（H₂CO₃）      c（CO₃^2－）（填“＞”、“=”或“＜”），原因是          （用离子方程式和必要的文字说明）。

单质硅是很重要的工业产品。
（1）硅用于冶炼镁，也称硅热法炼镁。根据下列条件：
Mg（s）＋ 1/2O₂（g）＝ MgO（s）  △H₁＝－601．8 kJ/mol
Mg（s）＝ Mg（g）                △H₂＝+75 kJ/mol
Si（s） ＋ O₂（g） ＝ SiO₂（s）   △H₃＝ －859．4 kJ/mol
则2MgO（s）＋ Si（s）＝ SiO₂（s）＋ 2Mg（g）  △H ＝        
Mg-NiOOH水激活电池是鱼雷的常用电池，电池总反应是：Mg+2NiOOH+2H₂O=Mg(OH)₂+ 2Ni(OH)₂，写出电池正极的电极反应式                       。
（2）制备多晶硅（硅单质的一种）的副产物主要是SiCl₄，SiCl₄对环境污染很大，遇水强烈水解，放出大量的热。研究人员利用SiCl₄和钡矿粉（主要成分为BaCO₃，且含有Fe³⁺、Mg²⁺等离子）制备BaCl₂·2H₂O和SiO₂等物质。工艺流程如下：

已知： 25℃ K_sp[Fe(OH)₃]＝4．0×10^-38， K_sp[Mg(OH)₂]＝1．8×10^-11；通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5mol/L时，沉淀就达完全。回答下列问题：
①SiCl₄发生水解反应的化学方程式为_______________________________________。
②若加钡矿粉调节pH=3时，溶液中c(Fe³⁺)=             。
③若用10吨含78% BaCO₃的钡矿粉，最终得到8．4吨BaCl₂·2H₂O (M=244g/mol)，则产率为      。
④滤渣C能分别溶于浓度均为3mol/L的溶液和溶液（中性）。请结合平衡原理和必要的文字解释滤渣C能溶于3mol/L的溶液的原因______。

（本小题满分15分）
参考下列图表和有关要求回答问题：

（1）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的一种原理是CH₃OH(g)和H₂O(g)反应生成CO₂和H₂。右图是该过程中能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，正反应活化能 a的变化是_____________（填“增大”、“减小”、“不变”），反应热△H的变化是_____________（填“增大”、“减小”、“不变”）。请写反应进程出CH3OH(g)和H2O(g)反应的热化学方程式_____________。

（2）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的另一种反应原理是：CH₃OH(g)+1/2O₂(g)  CO₂(g)+2H₂(g) △H="c" kJ/mol又知H₂O(g)  H₂O(l) △H="d" kJ/mol。则甲醇燃烧生成液态水的热化学方程式为_____________。
（3）以CH₃OH燃料电池为电源电解法制取ClO₂。二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。
①CH₃OH燃料电池放电过程中，通入 O₂的电极附近溶液的pH_____________，负极反应式为_____________。
②图中电解池用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO₂。阳极产生 ClO₂的反应式为_____________。
③电解一段时间，从阴极处收集到的气体比阳极处收集到气体多 6.72L时（标准状况，忽略生成的气体溶解），停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子为_____________mol。

近年来，为提高能源利用率，西方提出共生理念——为提高经济效益，人类生产活动尽可能多功能化。共生工程将会大大促进化学工业的发展。
（1）由于共生工程的应用，利用发电厂产生的SO₂制成自发电池，其电池反应方程式为：2SO₂＋O₂＋2H₂O＝2H₂SO₄，该电池电动势为1.06V。实际过程中，将SO₂通入电池的           极（填“正”或“负”），负极反应式为               ；用这种方法处理SO₂废气的优点是            。
（2）以硫酸工业的SO₂尾气、氨水、石灰石、焦炭、碳酸氢铵和氯化钾等为原料，可以合成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸铵等物质。合成路线如下：

①生产中，向反应II中的溶液中加入适量还原性很强的对苯二酚等物质，其目的是                   。
②下列有关说法正确的是               (填序号)。

A．反应Ⅰ中需鼓入足量空气，以保证二氧化硫充分氧化生成硫酸钙

B．反应III中发生反应的化学方程式为CaSO4＋4C CaS＋4CO↑

C．反应IV需控制在60～70℃，目的之一是减少碳酸氢铵的分解

D．反应V中的副产物氯化铵可用作氮肥

③反应V中选用了40%的乙二醇溶液做溶剂，温度控制在25℃，此时硫酸钾的产率
超过90%，选用40%的乙二醇溶液做溶剂的原因是                                 。
④（NH₄)₂SO₃可用于电厂等烟道气中脱氮，将氮氧化物转化为氮气，同时生成一种氮肥，形成共生系统。写出二氧化氮与亚硫酸铵反应的化学方程式                      。

回答下列问题：
          
图1                图2                     图3
（1）如图1所示为氯碱工业的模拟装置。反应的离子方程式是                         。
A、B、C、D所对应物质化学式分别为        、         、         、         ，
每通过0.1mol电子，就有0.1mol          （填离子符号）通过离子交换膜。
（2）在如图2所示实验装置中，石墨棒上的电极反应式为________________；总反应的化学方程式是                         。
如果起始时盛有1000 mL pH＝5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO₄足量），一段时间后溶液的pH变为1。若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入___________（填物质名称），其质量约为___________g。
（3）熔融碳酸盐CO燃料电池工作原理如图3所示，A、B极的电极反应分别是          、        。