高中化学化学电源新型电池填空题

依据原电池原理，回答下列问题：

图（1）                          图（2）
（1）图（1）是依据氧化还原反应：Cu(s)＋2Fe^3＋(aq)＝Cu^2＋(aq)＋2Fe^2＋(aq)设计的原电池装置。
①电极X的材料为是             ；电极Y的材料为是           。
②Y电极发生的电极反应式为：                                。
（2）图（2）是使用固体电解质的燃料电池，装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2－离子(O₂＋4e^―→2O^2－)。
① c电极的名称为                    ②d电极上的电极反应式为                                   。

(12分)电化学技术在日常生活、化工生产、环境保护等方面都有重要研究和应用。

（1）有学者想以上左图所示装置将CO₂转化为重要的化工原料甲醇，电解质为稀硫酸，特殊电极材料不参与反应。A为CO₂，B为H₂，电池总反应式为CO₂＋3H₂＝CH₃OH＋H₂O，
①正极反应式为                                              ；
②反应时溶液中H⁺通过质子膜向      (填“左”或“右”)槽移动；
（2）高铁酸酸钠(Na₂FeO₄)是一种新型净水剂，用电解法可以直接制取高铁酸钠，电解装置上右图所示。
①a为电池      极(填“正”或“负”)；
②阳极的电极反应式为                                                       ；
③当制得99.6g高铁酸钠时，阳极区OH^-的变化量为           mol；
④你认为高铁酸钠作为一种新型净水剂的理由可能是          。
A．高铁酸钠具有强氧化性，能消毒杀菌
B．高铁酸钠溶于水形成一种胶体，具有较强的吸附性
C．高铁酸钠在消毒杀菌时被还原生成Fe³⁺，水解产生氢氧化铁胶体能吸附悬浮杂质

(18分)研究SO₂、NO_x、CO等气体的性质对工业生产和环境保护具有重要意义。
（1）相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水发生反应的离子方程式为________________，所得溶液中_________ (填字母编号)。

（2）通过NO_x传感器可监测大气中NO_x的含量，其工作原理如图所示，甲、乙两电极均Pt电极，电解质为熔融氧化物。

①乙电极上发生的是_________反应(填“氧化”或“还原”)；
②甲电极上的电极反应式为___________________。
（3）将不同物质的量的H₂O(g)和 CO分别通入体积为2L的恒容密闭容器中，发生反应：H₂O(g)+CO（g）CO₂(g)+H₂(g)  △H，得到如下数据：

①由表中数据可知该反应的△H________ 0(填“>”或“<”)。
②650℃时，若在此容器中开始充入2mol H₂O(g)、lmol CO、1 mol CO₂和2 molH₂，则反应在开始时_________进行(填“正向”或“逆向”)。
③实验III中a=______，达平衡时实验II和实验III中H₂O(g)的转化率的大小关系为：(填“>”、“<”或“=”)。

面对能源枯竭的危机，提高能源利用率和开辟新能源是解决这一问题的主要方向。
（1） “生物质”是由植物或动物生命体衍生得到的物质的总和。生物质能主要是指用树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量．秸秆、杂草等废弃物经微生物发酵之后，便可以产生沼气，利用沼气是解决人类能源危机的重要途径之一。下面说法不正确的是(        )

A．利用生物质能就是间接利用太阳能，生物质能是可再生能源

B．生物质能是解决农村能源的重要途径之一

C．生物质能的缺点是严重污染环境

D．若建立沼气发电站，则可以实现把生物质能转化为电能

（2）工业上利用天然气(主要成分为CH₄)与CO₂进行高温重整制备CO和H₂，已知CH₄、H₂和CO的燃烧热(△H)分别为 -890.3 KJ·mol^-1、-285.8 KJ·mol^-1、-283.0 KJ·mol^-1，则该重整的热化学方式为                        ；
（3）一定量的CO₂与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：
C(s) +CO₂(g )2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：已知气体分压(P_分 )＝气体总压(P_总 )×体积分数，则925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数＝          。T℃时，若充入等体积的CO₂和CO，平衡                         （填“正向移动、逆向移动、不移动”）。

（4）如下图是一个二甲醚(CH₃OCH₃)燃料电池工作时的示意图，
①若乙池为粗铜的电解精炼，电解质为硫酸铜，则N电极材料为                     。
②若乙池中M、N为惰性电极，电解质为足量硝酸银溶液，写出乙池中电解的化学方程式            。乙池中某一电极析出金属银2.16g时，溶液的体积为200mL，则常温下乙池中溶液的pH为            。
③通入二甲醚的铂电极的电极反应式为                   。若该电池的理论输出电压为1.0V，则该电池的能量密度＝          kW·h·kg^-1(结果保留小数点后一位)．(能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1kW·h＝3.6×10⁶J，法拉第常数F＝9.65×l0⁴C·mol^-1 )。

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。

以煤为主要原料可以制备乙二醇，相关工艺流程如下：

（1）写出方法l在催化剂的条件下直接制取乙二醇的化学方程式       
（2）合成气在不同催化剂作用下，可以合成不同的物质。下列物质仅用合成气为原料就能得到且原子利用率为100%的是    （填字母）。
A．草酸( HOOC-COOH)     B．甲醇(CH₃OH)      C．尿素[CO(NH₂)₂]
（3）工业上还可以利用天然气（主要成份为CH₄）与C0₂反应制备合成气。已知：
CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  △H=-890.3kJ/mol
2H₂(g)+ O₂(g)= 2H₂O(l)    △H=-571.6kJ/mol
2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)   △H=-566.0kJ/mol
则CH₄与CO₂生成合成气的热化学方程式为                    。
（4）方法2：在恒容密闭容器中投入草酸二甲酯和H₂发生如下反应：
CH₃OOC—COOCH₃(g)+ 4H₂(g)HOCH₂CH₂OH(g)+2CH₃OH(g)△H=-34kJ/mol
为提高乙二醇的产量和速率，宜采用的措施是___________(填字母)。
A．升高温度            B．增大压强            C．增大氢气浓度
（5）草酸二甲酯水解生成草酸：CH₃OOC—COOCH₃+ 2H₂OHOOC—COOH+2CH₃OH
①草酸是二元弱酸，可以制备 （草酸氢钾），溶液呈酸性，用化学平衡原理解释：                  。
②在一定的溶液中滴加NaOH溶液至中性。下列关系一定不正确的是       （填字母）。
A．
B．
C．
（6）乙二醇、空气在KOH溶液中构成燃料电池，加入乙二醇的电极为电源的    （填“正”或“负”）级，负极反应式为               。

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：________________________。

(12分)生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为CO、CO₂、H₂等)与H₂混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。
（1）上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。写出基态Zn原子的核外电子排布式______________。
（2）根据等电子原理，写出CO分子的结构式________。
（3）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10^—9 。CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^—4mo1/L，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为______mo1/ L。
（4）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制Cu(OH)₂的碱性溶液反应生成Cu₂O沉淀。
①甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是________；甲醛分子的空间构型是_____，中心碳原子的轨道杂化类型为_____。1 mol甲醛分子中σ键的数目为________。
②甲醇可制作燃料电池，以KOH溶液作电解质，向两极分别充入甲醇和空气，工作过程中，负极反应方程式为：___________________。
③已知在常温常压下：
CH₃OH(l)+O₂(g)= CO(g)+2H₂O(g)   △H=" -359.8" kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)       △H=" -556.0" kJ·mol^－1
H₂O(g)=H₂O(l)                △H=" -44.0" kJ·mol^－1
写出体现甲醇燃烧热的热化学方程式                          。

(9分)下图是一个甲烷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两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：

（1）N的电极反应式为 ：
乙池的总化学方程式是                                              ，
加入甲烷的铂电极的电极反应式为                                    。
（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200mL，则乙池中溶液的H⁺的浓度为         。

请回答氯碱的如下问题：
（1）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k（质量比）生成的产品。理论上k＝     （要求计算表达式和结果）；
（2）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30％以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。

①图中X．Y分别是             、            （填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数a％与b％的大小                    ；
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应
正极：                                             ；
负极：                                              ；

能源短缺是人类社会面临的重大问题，利用化学反应可实现多种形式的能量相互转化。请回答以下问题：
（1）由气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析，化学反应的过程就是旧键断裂和新键的形成过程。已知反应N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H＝－93 kJ·mol^－1。试根据表中所列键能数据，计算a 的数值为             kJ／mol。

化学键	H－H	N－H	N≡N
键能/kJ·mol^－1	436	a	945

（2）甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。已知在常压下有如下变化：
①2CH₃OH(l)＋3O₂(g)＝2CO₂(g)＋4H₂O(g)   ΔH ＝a kJ／mol
②H₂O(g)＝H₂O(l)  ΔH ＝b kJ／mol
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：                         。
（3）可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池。如下图1，用Pt作电极材料，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，在两个电极上分别充入甲醇和氧气。

①写出燃料电池正极的电极反应式                               。
②若利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件应是    极（填“A”或”B”）；当铁件的质量增重6.4g时，燃料电池中消耗氧气的标准状况下体积为    L。
（4）如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）。
①该电解槽的阳极反应式为                                                ，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数的比值为        。
②从出口D导出的溶液是                     （填化学式）。

(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                                         。

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。

(15分)如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电路接通后，向（乙）中滴人酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：

（1）(甲)装置是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，则a处通入的是_______（填“CH₄”或“O₂”），b处电极上发生的电极反应式是____；
（2）在（乙）装置中，石墨(C)电极上发生_______反应（填“氧化”或“还原”）；（乙）装置中总反应的离子方程式是：___________________________________.
（3）如果（丙）装置中精铜电极的质量增加了6.4g，则（乙）装置中，铁电极上产生的气体在标准状况下为____，（甲）装置中消耗的 CH₄的质量为____。
（4）(丁)装置中X电极为_______极（填“正”、“负”、“阳”、“阴”），在通电一段时间后，Y电极上发生的电极反应式是_______。

(12分)有机反应中常用镍作催化剂，某化工厂收集的镍催化剂中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余为SiO₂和有机物。这些含镍废催化剂经乙醇洗涤后可按下列工艺流程回收镍：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH如下：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Ni(OH)2
pH	5.2	3.2	9.7	9.2

请回答下列问题：
（1）滤液A中存在的阴离子主要是______。
（2）硫酸浸取滤渣a后，所得滤液B中可能含有的金属离子是__________。
（3）滤液B中加入H₂O₂的目的是_______________。操作X的名称是          。
（4）含镍金属氢化物MH-Ni燃料电池是一种绿色环保电池，广泛应用于电动汽车。其中M代表储氢合金，MH代表金属氢化物，电解质溶液可以是KOH水溶液。它的充、放电反应为：xNi(OH)₂＋MMH_x＋xNiOOH
电池充电过程中阳极的电极反应式为            ，放电时负极的电极反应式为            。