高中化学化学电源新型电池填空题

氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：

（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是______________________，在导线中电子流动方向为_______（用a、b 表示）。
（2）负极反应式为 ___________________。
（3）电极表面镀铂粉的原因为___________________。
（4）该电池工作时，H₂和O₂连续由外部供给，电池可连续不断提供电能．因此，大量安全储氢是关键技术之一．金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：Ⅰ.2Li+H₂2LiH
Ⅱ．LiH+H₂O═LiOH+H₂↑
①反应Ⅰ中的还原剂是______________，反应Ⅱ中的氧化剂是_____________。
②用锂吸收224L（标准状况）H₂，再由生成的LiH与H₂O作用放出的H₂用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为__________mol。

酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是有碳粉，二氧化锰，氯化锌和氯化铵等组成的填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可以得到多种化工原料，有关数据下图所示：
溶解度/（g/100g水）

化合物	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp近似值	10^-17	10^-17	10^-39

回答下列问题：
（1）该电池的负极为         ，正极反应式为                ，
（2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论消耗Zn        g（已知F=96500C/mol）。
（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵，两者可以通过         分离回收，滤渣的主要成分是二氧化锰、       和       ，欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是            ，其原理是            。
（4）用废电池的锌皮制作七水合硫酸锌，需去除少量杂质铁，其方法是：加入稀硫酸和双氧水，溶解，铁变为          加碱调节PH为            ，铁刚好完全沉淀（离子浓度≤1×10-5mo1·L^－1时即可认为离子沉淀完全）继续加碱调节PH为       锌开始沉淀（假定此时溶液中Zn²⁺的浓度为0.1 mo1·L^－1）。若上述过程不加双氧水的后果           ，原因是             。

钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
（1）V₂O₅是接触法制硫酸的催化剂。
① 一定条件下，SO₂与空气反应t min后，SO₂和SO₃物质的量浓度分别为a mol/L，b mol/L，则SO₂ 起始物质的量浓度为_________mol/L；生成SO₃的化学反应速率为__________mol/（L •  min）。
②工业制硫酸，尾气SO₂用__________吸收。
（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示：

①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为                          。
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由        色变为            色。
③放电过程中氢离子的作用是          和           ；充电时若转移的电子数为3.01×10²³个，左槽溶液中n（H⁺）的变化量为              。

甲醇来源丰富，价格低廉，是一种重要的化工原料，有着非常重要、广泛的用途。工业上通常用水煤气在恒容、催化剂和加热的条件下生产甲醇，其热化学方程式为：
2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)   ΔH=-90.8kJ/mol。
（1）该反应的平衡常数表达式为：K=      ，如升高温度，K值将     （填：增大、减小或不变）。
（2）以下各项不能说明该反应达到平衡状态的是            .
A、混合气体的密度保持不变         B、甲醇的质量分数保持不变
C、CO的浓度保持不变              D、2v_逆(H₂)=v_正(CH₃OH)
（3）在210⁰C、240⁰C和270⁰C三种不同温度、2L恒容密闭容器中研究合成甲醇的规律。

上图是上述三种温度下不同的H₂和C0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       。由起始达到a点所需时间为5min，则H₂的反应速率      mol/(L·min)。
（4）某兴趣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，正极是     极（填“a”或 “b”）；
②该电池负极反应的离子方程式为                                    。

工业废水随意排放会造成严重污染，根据成分不同可采用不同的处理方法。
（1）电池生产工业废水中常含有Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去。已知室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2。
①请用离子方程式说明上述除杂的原理______________________。
②FeS高温煅烧产生的SO₂气体通入下列溶液中，能够产生沉淀的是_________（填序号）
A．Ba(NO₃)₂  B．BaCl₂
C．Ba(OH)₂ D．溶有NH₃的BaCl₂溶液
③已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO₄溶液中加入一定量的Na₂SO₃和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式是___________。
（2）电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr₂O₇^2-）时，在废水中加入适量NaCl，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在如下反应Cr₂O₇²+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，最后Cr³⁺ 以Cr(OH)₃形式除去，下列说法不正确的是______（填序号）
A．阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺
B．电解过程中溶液pH减小
C．过程中有Fe（OH）₃沉淀生成
D．电路中每转移12 mol电子，最多有2mol Cr₂O₇^2-被还原
（3）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池。右图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中，a电极作_________极（填“正”“负”“阴”或“阳”），其电极反应式为___________。

质子交换膜燃料电池广受关注．
（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H₂通常来自水煤气．
已知：C（s）+1/2O₂（g）═CO（g）  △H₁=﹣110.35kJ·mol^﹣1
2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）  △H₂=+571.6kJ·mol^﹣1
H₂O（l）═H₂O（g）  △H₃=+44.0kJ·mol^﹣1
则C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）  △H₄=                    ．
（2）燃料气（流速为1800mL·h^﹣1；体积分数为50% H₂，0.98% CO，1.64% O₂，47.38% N₂）中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO₂催化剂可使CO优先氧化而脱除．
①160℃、CuO/CeO₂作催化剂时，CO优先氧化反应的化学方程式为                    ．
②灼烧草酸铈[Ce₂（C₂O₄）₃]制得CeO₂的化学方程式为                               ．
③在CuO/CeO₂催化剂中加入不同的酸（HIO₃或H₃PO₄），测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示．加入          （填酸的化学式）的CuO/CeO₂催化剂催化性能最好．催化剂为 - HIO₃，120℃时，反应1h后CO的体积为            mL．

（3）图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图．该装置中        （填“a”或“b”）为电池的负极，负极的电极反应式为             

用CO₂生产绿色燃料甲醇时发生反应A：CO₂(g)＋ 3H₂(g)CH₃OH(g)  +  H₂O(g)
（1）2CH₃OH(g) + 3O₂ (g) ="==" 2CO₂(g) +  4H₂O(g)  △H= -1365.0KJ/mol
H₂(g)  +1/2 O₂ (g) ="==" H₂O(g)  △H=" -241.8" KJ/mol
CO₂(g)＋ 3H₂(g)CH₃OH(g)  +  H₂O(g)的反应热△H=       。
（2）在体积为1 L的恒容密闭容器中发生反应A，下图是在三种投料[n（CO₂）和n（H₂）分别为1mol，3mol；1mol，4mol和1mol，6mol]下，反应温度对CO₂平衡转化率影响的曲线。

①曲线c对应的投料是      。
②T₁℃时，曲线a对应的化学平衡常数是          。
③500℃时 ，反应A的平衡常数K=2.5，T₁℃              500℃（填“高于” 、“低于” 或“等于” ）。
（3）甲醇/过氧化氢燃料电池的工作原理示意图如下：

①d电极上发生的是      （填“氧化”或“还原”）反应。
②物质b是      （填化学式）。
③写出c电极的电极反应式          。

(14分)金属氢化物－镍（MH—Ni）电池由于其高能、安全、无污染、无记忆效应、价格适宜，已成为目前最具发展前景的“绿色能源”电池之一，电池总反应为MH+NiOOH M+Ni(OH)₂，M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。电解质溶液为浓KOH溶液。
(1)写出放电时的负极反应_________________
(2)充电时，阳极的电极反应为__________________
镍氢电池正极材料由Ni(OH)₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：①NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺
②某温度下一些金属氢氧化物的K_sp及沉淀析出的理论pH如下表所示：

M(OH)x	Ksp	pH
开始沉淀	沉淀完全
Al(OH)3	1.9×10^-23	3.43	4.19
Fe(OH)3	3.8×10^-38	2.53	2.94
Ni(OH)2	1.6×10^-14	7.60	9.75

 
回答下列问题：
（3）根据上表数据判断步骤②先析出的沉淀Ⅱ为              ，后析出的沉淀为Ⅲ为__________________（填化学式），则pH₁       pH₂（填填“>”、“=”或“<”），
（4）已知溶解度：NiC₂O₄ > NiC₂O₄·H₂O > NiC₂O₄·2H₂O，则③的化学方程式是         。
（5）④中阳极的电极反应为              ，验证阳极产物的试剂为          。
（6）试写出⑥的离子方程式                                         。

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，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）；
（3）最近，又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃（Y：钇）的ZrO₂（Zr：锆）固体，它在高温下能传导O^2－离子（其中氧化反应发生完全）。以丁烷（C₄H₁₀）代表汽油。　
①放电时固体电解质里的O^2－离子的移动方向是向____________极移动（填正或负）。
②电池的正极反应式为____________________________________________  。

（1）肼(N₂H₄)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料．已知在100 kPa时，32.0 g N₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624 kJ(25℃)，N₂H₄完全燃烧的热化学方程式是______________．
（2）肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．肼—空气燃料电池放电时，正极的电极反应式是________________．负极的电极反应式是________________．
（3）下图是一个电化学过程示意图．

①锌片上发生的电极反应式是_______________．
②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128 g，则肼—空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气________ L(假设空气中氧气体积含量为20%)．
（4）传统制备肼的方法，是用NaClO氧化NH₃制得肼的稀溶液．该反应的离子方程式是_____________.

（1）甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
I：CH₄ ( g ) + H₂O ( g )＝CO ( g ) + 3H₂ ( g )   △H ＝+206.0 kJ·mol^－1
II：CO ( g ) + 2H₂ ( g )＝CH₃OH ( g )       △H＝—129.0 kJ·mol^－1
CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的热化学方程式为                                
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用右图装置模拟上述过程：

①写出阳极电极反应式                                  。
②写出除去甲醇的离子方程式                            。
（3）写出以NaHCO₃溶液为介质的Al—空气原电池的电极反应式
负极                                                   。

氨气常用作致冷剂及制取铵盐和氮肥，是一种用途广泛的化工原料。
（1）下表是当反应器中按n(N₂):n(H₂)=1:3投料后，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH₃的物质的量分数随压强的变化曲线。

①曲线a对应的温度是       。
②关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是      （填字母）。
A．及时分离出NH₃可以提高H₂的平衡转化率
B．加催化剂能加快反应速率且提高H₂的平衡转化率
C．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=" K(Q)" >K(N)
③M点对应的H₂转化率是              。
（2）工业制硫酸的尾气中含较多的SO₂，为防止污染空气，回收利用SO₂，工业上常用氨水吸收法处理尾气。
①当氨水中所含氨的物质的量为3 mol ，吸收标准状况下44.8 L SO₂时，溶液中的溶质为            。
②NH₄HSO₃溶液显酸性。用氨水吸收SO₂，当吸收液显中性时，溶液中离子浓度关系正确的是       （填字母）。
a．c(NH₄^＋) = 2c(SO₃^2－) ＋ c(HSO₃^－)
b．c(NH₄^＋)>  c(SO₃^2-)> c(H⁺)= c(OH^-)
c．c(NH₄^＋)+ c(H⁺)= c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)+c(OH^-)
（3）氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：

①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择      （填“酸性”、“碱性”或“中性”）溶液。
②空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是                。
③氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池正极的电极反应方是                          。

(15分)最近科学家提出“绿色自由”构想：把含有大量CO₂的空气吹入碳酸钾溶液中，再把CO₂从溶液中提取出来，并使之与氢气反应生成可再生能源甲醇。其工艺流程如图所示：

（1）写出分解池中反应的化学方程式为_______________；
（2）在合成塔中，若有4.4kg CO₂与足量H₂恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出4947kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式_______________；
（3）已知合成塔中的反应是可逆的，根据平衡移动原理，低温有利于原料气的转化，而实际生产中采用300℃的温度，其原因可能是_______________；
（4）“绿色自由”构想流程中常包括物质的“循环利用”，上述流程中能体现“循环利用”的物质除碳酸钾溶液外，还包括________(化学式)。
（5）300℃时，将CO和H₂按1:3的体积比充入密闭容器中，CO₂的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：

①若其他条件不变，将A点的体积压缩至原来的一半，一段时间后反应再达平衡是，与原平衡比较下列说法正确的是________。

A．CO2的浓度减小

B．正反应速率增大，逆反应速率减小

C．CO2和H2的体积比为1:3

D．CH3OH的体积分数增大

②将1.0molCO₂和3.0molH₂置于体积不变的密闭容器中，2min时反应达到平衡，此时体系总压强为0.10MPa，用H₂表示的反应速率为1.2mol/(L·min)，则密闭容器的体积是____L。
（6）甲醇可制作燃料电池。以氢氧化钾溶液为电解质的负极反应式是__________。当转移的电子的物质的量为_______mol时，参加反应的氧气的体积是6.72L(标准状况下)。

按照要求填空
（1）下面列出了几组物质，请将物质的合适组号填写在空格上。
同位素          ，同素异形体          ，同分异构体          ，同系物         。
①金刚石与“足球烯”C₆₀；            ②D与T；
③¹⁶O、¹⁷O和¹⁸O；                   ④氧气（O₂）与臭氧（O₃）；
⑤       ⑥乙醇（CH₃CH₂OH）和甲醚（CH₃OCH₃）；
⑦和；       ⑧和  ；
（2）完成离子方程式：（ ）MnO₄^－＋（ ）C₂O₄^2－+      ＝（ ）Mn²⁺＋（ ）CO₂↑＋
（3）命名有机物：
（4）写出乙酸与甲醇（CH₃OH）酯化的化学方程式           。
（5）将铂丝插入KOH溶液中做电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气，形成一种燃料电池：
通甲烷的铂丝为原电池的     极，发生的电极反应为                             。
（6）PET是涤纶的主要成分，可用作饮料瓶、磁带和胶片的片基等，其结构简式如图：
。该高分子材料是由两种单体通过缩聚反应制备而成，其单体的结构简式为           和             ．

目前机动车使用的电池品种不少，其中铅蓄电池的使用量最大。

I．铅蓄电池的电极材料分别是Pb和PbO₂，电解质溶液为稀硫酸。铅蓄电池充放电的总反应方程式为：
PbO₂+Pb+2H₂SO₄ 2PbSO₄+2H₂O，
请根据上述情况判断：
（1）电池的负极材料是         。
（2）充电时，铅蓄电池阳极的电极反应式为                                。
Ⅱ．铅蓄电池使用量的急速增加引起铅污染日益严重，工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的一种工艺流程如下：

请回答下列问题：
（3）为提高步骤①的化学反应速率，你认为可采取的措施是           （写一条即可）。
（4）写出步骤①中PbSO₄转化为PbCO₃反应的平衡常数表达式：K =             。
（5）步骤①中发生氧化还原反应的化学方程式为                              。
（6）步骤③从母液可获得的副产品为                              （写化学式）。
（7）已知：PbCO₃在一定条件下可制得PbO，PbO通过进一步反应可制得Pb，写出一个由PbO生成Pb的化学方程式：                                      。