高中化学化学电源新型电池填空题

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：_________________________________________。

Ⅰ.（1）工业上合成氨的反应：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)   ΔH＝－92.60 kJ·mol^－1。
①恒温容积固定的密闭容器中发生反应：N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)，下列说法能说明上述反应达到平衡状态的是____________。
a.单位时间内生成2n mol NH₃的同时生成3n mol H₂
b.单位时间内生成6n mol N—H键的同时生成2n mol H—H键
c.用N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1∶3∶2
d.混合气体的平均摩尔质量不变
e.容器内的气体密度不变
f.容器内气体的压强不变
（2）已知合成氨反应在某温度下2 L的密闭容器中进行，测得如下数据：

时间(h) 物质的量(mol)	0	1	2	3	4
N2	1.50	n1	1.20	n3	1.00
H2	4.50	4.20	3.60	n4	3.00
NH3	0	0.20	n2	1.00	1.00

 
根据表中数据计算：
①反应进行到2 h时放出的热量为________ kJ。
②0～1 h内N₂的平均反应速率为________ mol·L^－1·h^－1。
③此温度下该反应的化学平衡常数K＝________(保留两位小数)。
④反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N₂、H₂和NH₃各1.00 mol，化学平衡将向________方向移动(填“正反应”或“逆反应”)。
Ⅱ.（1）二氧化碳是一种重要的温室气体，减少二氧化碳的排放是解决温室效应的有效途径。目前，由二氧化碳合成二甲醚的研究工作已取得了重大进展，其化学反应方程式为2CO₂(g)＋6H₂(g) CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g) ΔH＞0。二甲醚气体的燃烧热为1 455 kJ·mol^－1，工业上用合成气(CO、H₂)直接或间接合成二甲醚。下列有关叙述正确的是________。
A．二甲醚分子中含极性共价键
B．二甲醚作为汽车燃料不会产生污染物
C．二甲醚是非极性分子   D．表示二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH₃OCH₃(g)＋3O₂(g)===2CO₂(g)＋3H₂O(g) ΔH＝－1 455 kJ·mol^－1
（2）绿色电源“直接二甲醚燃料电池”的工作原理示意图如图所示：正极为________(填“A电极”或“B电极”)，H+移动方向为：由         到          (填A或B)，写出A电极的电极反应式：___________。

(14分)工业上为了测定辉铜矿（主要成分是Cu₂S）中Cu₂S的质量分数，设计了如图装置。实验时按如下步骤操作：

A．连接全部仪器，使其成为如图装置，并检查装置的气密性。

B．称取研细的辉铜矿样品1.000g。

C．将称量好的样品小心地放入硬质玻璃管中。

D．以每分钟1L的速率鼓入空气。

E．将硬质玻璃管中的辉铜矿样品加热到一定温度,发生反应为:Cu₂S+O₂=SO₂ +2Cu。
F．移取25.00ml含SO₂的水溶液于250ml锥形瓶中，用0.0100mol/L KMnO₄标准溶液滴定至终点。按上述操作方法重复滴定2—3次。

试回答下列问题：
（1）装置①的作用是_________________；装置②的作用是____________________。
（2）假定辉铜矿中的硫全部转化为SO₂，并且全部被水吸收，则操作F中所发生反应的化学方程式为                              
（3）若操作F的滴定结果如下表所示，则辉铜矿样品中Cu₂S的质量分数是_________。

滴定次数	待测溶液的体积/mL	标准溶液的体积
滴定前刻度/mL	滴定后刻度/mL
1	25.00	1.04	21.03
2	25.00	1.98	21.99
3	25.00	3.20	21.24

（4）本方案设计中有一个明显的缺陷影响了测定结果（不属于操作失误），你认为是                                                         （写一种即可）。
（5）已知在常温下FeS 的 Ksp＝ 6.25 × 10 ^－18, H₂S 饱和溶液中 c (H^＋）与 c (S^2－）之间存在如下关系： c² (H^＋) ·c（S^2－) = 1.0×10^－22。在该温度下，将适量 FeS 投入硫化氢饱和溶液中，欲使溶液中（Fe²⁺）为 lmol/L，应调节溶液的c（H^十）为__________________。　
（6）某人设想以右图所示装置用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂的电极的电极反应式______．

新型锂离子电池材料Li₂ MSiO₄（M为Fe，Co，Mn，Cu等）是一种发展潜力很大的电池电极材料。工业制备Li₂ MSiO₄有两种方法：
方法一：固相法，2Li₂SiO₃+ FeSO₄ Li₂FeSiO₄ +Li₂SO₄ +SiO₂
方法二：溶胶—凝胶法， Li₂FeSiO₄
（1）固相法中制备Li₂ FeSiO₄过程采用惰性气体气氛，其原因是                        ;
（2）溶胶—凝胶法中，检查溶液中有胶体生成的方法是                              ；生产中生成Imol Li₂FeSiO₄整个过程转移电子物质的量为           mol;
（3）以Li₂ FeSiO₄和嵌有Li的石墨为电极材料，含锂的导电固体作电解质，构成电池的总反应式为：Li+ LiFeSiO₄ Li₂FeSiO₄则该电池的负极是____         ；充电时，阳极反应的电极反应式为                                                        ;
（4）使用（3）组装的电池必须先____                         。

科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ·mol^-1、-283.0kJ·mol^-1和-726.5kJ·mol^-1。请回答下列问题：
（1）写出CO燃烧的热化学方程式_____     ________；
（2）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为_____________；
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；

①温度升高该反应的平衡常数         （增大、减小、不变）
②B过程用H₂表示该反应的化学反应速率是            mol·L^-1·min^-1
（4）在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为碱性，总反应为：CH₃OH+3/2O₂+2OH^-==CO₃^2-+3H₂O，负极的反应式为                        。

如图所示，某同学设计了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。请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池负极反应式是                              ；
（2）石墨(C)极的电极反应式为                                ；
（3）若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L ，丙装置中阴极析出铜的质量为________g ；
（4）某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)₂的实验装置(如图所示)。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________；若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用________作电极。

甲、乙、丙三种物质均由短周期元素组成，一定条件下，存在下列转化关系：
甲＋乙→丙+H₂0
（1）若丙为Na₂C0₃，反应的化学方程式为      （任写一个）。
溶液中，所含的离子按物质的量浓度由大到小的顺序排列为      。
（2）若甲是石油裂解气的主要成分之一，乙为O₂，且甲分子和乙分子具有相同的电子数。25℃、101 kPa时，1g甲完全燃烧生成CO₂气体与液态水，放出50．5 kJ的热量，该反应的热化学方程式为         ；利用该反应设计的燃料电池中，通入甲的电极为电池的     （填“正极”或“负极”）。
（3）若甲、乙是同主族元素的化合物，丙为单质。
①丙所含元素在元素周期表中的位置为
②甲与水相比，热稳定性较强的是     （填化学式）。

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____________________。

（1）P₂O₅是非氧化性干燥剂，下列气体不能用浓硫酸干燥，可用P₂O₅干燥的是______
a．NH₃          b．HI        c．SO₂       d．CO₂
（2）KClO₃可用于实验室制O₂，若不加催化剂，400℃时分解只生成两种盐，其中一种是无氧酸盐，另一种盐的阴阳离子个数比为1∶1。写出该反应的化学方程式：__________
（3）工业生产甲醇的常用方法是：CO(g)+2H₂(g） CH₃OH(g） △H = —90．8kJ/mol。
已知：2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l）      △H = -571．6kJ/mol；
2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g）   △H = -566．0kJ/mol
计算2CH₃OH（g）+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(l）  △H =          。
（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，负极是        极（填“a”或 “b”）；
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池负极反应的离子方程式为                  。
（5）电解法促进橄榄石（主要成分是Mg₂SiO₄）固定CO₂的部分工艺流程如下：
已知：Mg₂SiO₄(s）+4HCl(aq)2MgCl₂(aq）+SiO₂ (s）+ 2H₂O(l） △H =－49．04 kJ·mol^-1

①某橄榄石的组成是Mg₉FeSi₅O₂₀，用氧化物的形式可表示为              。
②在上图虚框内补充一步工业生产流程               。
③经分析，所得碱式碳酸镁产品中含有少量NaCl和Fe₂O₃。为提纯，可采取的措施依次为：对溶解后所得溶液进行除铁处理、对产品进行洗涤处理。判断产品洗净的操作是           。

新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液（滴有几滴酚酞）电解实验，如图所示。

回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为________________________ 、________________________。
（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中a电极上得到的是________；电解过程中________极（填“a”或“b”）附近会出现红色。电解氯化钠溶液的总化学方程式为________________________。将a、b两极的产物相互反应可得到“84”消毒液的有效成分NaClO，特殊情况下可用“84”消毒液吸收SO₂，反应的离子方程式为________________________。
（3）若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），且反应完全，则理论上最多能产生的氯气体积为________L（标准状况）。

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。

铁是目前人类使用量最大的金属，它能形成多种化合物。
（1）取5.6 g的生铁与足量的稀硫酸混合反应，无论怎样进行实验，最终收集了的气体体积均小于2.24 L（标准状况），最主要的原因是__________，所得溶液在长时间放置过程中会慢慢出现浅黄色，试用离子方程式解释这一变化的原因____________。
（2）ZnFe₂Ox是一种新型纳米材料，可将工业废气中的某些元素转化为游离态，制取纳米ZnFe₂Ox 和用于除去废气的转化关系如图。若上述转化反应中消耗的，x的值为_________________。请写出 ZnFe₂Ox与NO₂反应的化学方程式______________(x用前一问求出的具体值）。
（3）LiFePO₄(难溶干水)材料被视为最有前途的锂离子电池材料之一。
①以 FePO₄（难溶于水）、Li₂CO₃、单质碳为原料在高温下制备LiFePO₄ ,，该反应还生成一种可燃性气体，则反应方程式为____________.
②磷酸铁锂动力电池有几种类型，其中一种（中间是锂离子聚合物的隔膜，它把正极与负桩隔开）工作原理为。则放电时正极上的电极反应式为___________.
（4）已知25℃时，，此温度下若在实验室中配制5 mol/L 100 mL  FeCl₃溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加人2 mol/L的盐酸__________ml（忽略加入盐酸体积）。

（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）。

燃煤能排放大量的CO、CO₂、SO₂，PM_2．5（可入肺颗粒物）污染也跟冬季燃煤密切相关。SO₂、CO、CO₂也是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制、利用是优化我们生存环境的有效途径。
（1）光气 （COCl₂）是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过Cl₂（g）＋CO（g）COCl₂（g）制备。左图为此反应的反应速率随温度变化的曲线，右图为某次模拟实验研究过程中固定体积容器内各物质的浓度随时间变化的曲线。回答下列问题：

① 0~6 min内，反应的平均速率v（Cl₂）＝               ；
②下列说法不能判断该反应达到化学平衡状态的是              。（填字母）

A．体系中Cl2的转化率不变

B．体系中气体的平均摩尔质量不再改变

C．每消耗1mol CO的同时生成1mol COCl2

D．混合气体密度不变

③随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是            ；（填“增大”、“减小”或“不变”）
④比较第8 min反应温度T（8）与第15 min反应温度T（15）的高低：T（8）       T(15)
（填“<”、“>”或“＝”）。
⑤若保持温度不变，在第7 min 向体系中加入这三种物质各2 mol，则平衡
移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）；
（2）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O
已知：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）△H＝－a kJ·mol^－1；
2H₂（g）＋O₂（g）＝2H₂O（g）△H＝－b kJ·mol^－1；
H₂O（g）＝H₂O（l）△H＝－c kJ·mol^－1；
CH₃OH（g）＝CH₃OH（l）△H＝－d kJ·mol^－1，
则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：____________________________；
（3）如图所示，利用电化学原理将SO₂转化为重要化工原料C

若A为SO₂，B为O₂，则负极的电极反应式为：________________________；

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

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      ；电解液中H₂SO₄的浓度将变______，当外电路通过1mol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，若按下图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成__________，B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将____________。