高中化学化学电源新型电池填空题

I.已知0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B₂H₆)在O₂中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ的热量，其热化学方程式为：             。
II.在某温度下，物质(t－BuNO)₂在正庚烷或CCl₄溶剂中均可以发生反应：
(t－BuNO)₂ 2(t－BuNO) 。该温度下该反应在CCl₄溶剂中的平衡常数为1.4。
（1）向1L正庚烷中加入0.50mol(t－BuNO)₂，10min时反应达平衡，此时(t－BuNO)₂的平衡转化率为60%（假设反应过程中溶液体积始终为1L）。反应在前10min内的平均速率为ν（t－BuNO)=       计算上述反应的平衡常数K =      。
（2）有关反应：(t－BuNO)₂2(t－BuNO) 的叙述正确的是（    ）
A．压强越大，反应物的转化率越大
B．温度升高，该平衡一定向右移动
C．溶剂不同，平衡常数K值不同
III．甲醇燃料电池的电解质溶液是KOH溶液。则负极的电极反应式为                。

(11分)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO₄，溶于混合有机溶剂中，Li^＋通过电解质迁移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂。 回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
（2）电池正极反应式为__________________________。
（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是     ________________________________________________。
（4）MnO₂可与KOH和KClO₃在高温下反应，生成K₂MnO₄，反应的化学方程式为____________________________________。K₂MnO₄在酸性溶液中歧化，生成KMnO₄和MnO₂的物质的量之比为____。

(12分)（1）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K₂FeO₄＋8H₂O3Zn(OH)₂＋2Fe(OH)₃＋4KOH。
高铁电池的负极材料是________，放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应。
（2）依据氧化还原反应：2Ag^＋(aq)＋Cu(s) = Cu^2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池，完成下图原电池的装置示意图，并作相应标注；

其正极反应为                                          。
（3）工业上可利用SO₂制取硫酸。已知25℃、101 kPa时：
2SO₂(g) +O₂(g)＝2SO₃(g)         △H₁= 一197 kJ/mol；
2H₂O (g)＝2H₂O（1）          △H₂＝一44 kJ/mol；
2SO₂(g)+O₂(g)+2H₂O(g)＝2H₂SO₄(l)   △H₃＝一545 kJ/mol。
则SO₃ (g)与H₂O(l)反应的热化学方程式是                                     。

钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下：

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有            。
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是            （写化学式）。
（3）反应④的离子方程式为                    。
（4）25℃、101 kPa时，4Al(s)＋3O₂(g)==2Al₂O₃(s)  ΔH₁＝-a kJ/mol
4V(s)＋5O₂(g)==2V₂O₅(s)  ΔH₂＝-b kJ/mol
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是              。
（5）钒液流电池（如下图所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为            ，电池充电时阳极的电极反应式是           。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2VO+2＋H₂C₂O₄＋2H⁺===2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25.00 mL 0.1000 mol/LH₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为     g/L。

(15分)目前工业合成氨的原理是N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H＝一93．0kJ·mol^-1
（1）已知一定条件下：2N₂(g)＋6H₂O(l)4NH₃(g)＋3O₂(g) △H＝十l 530.0kJ·mol^一1。则氢气燃烧热的热化学方程式为                                 。
（2）如图，在恒温恒容装置中进行合成氨反应。

①表示N₂浓度变化的曲线是          。
②前25 min内，用H₂浓度变化表示的化学反应速率是                    。
③在25 min末刚好平衡，则平衡常数K＝                         。
（3）在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应，下列说法正确的是                    。

A．气体体积不再变化，则已平衡

B．气体密度不再变化，尚未平衡

C．平衡后，往装置中通入一定量Ar，压强不变，平衡不移动

D．平衡后．压缩容器，生成更多NH3

（4）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH₃(g)＋6NO(l)5N₂(g)＋6H₂O(g) △H＜0，副反应②：2NH₃(g)＋8NO(g)5N₂O(g)＋3H₂O(g) △H＞0。平衡混合气中N₂与N₂O含量与温度的关系如图。

请回答：在400～600 K时，平衡混合气中N₂含量随温度的变化规律是             ，导致这种规律的原因是                     (任答合理的一条原因)。
（5）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质溶液，电池反应为4NH₃（g）+3O₂＝2N₂+6H₂O。则负极电极反应式为                       。
（6）取28．70 g ZnSO₄·7H₂O加热至不同温度，剩余固体的质量变化如下图所示。680℃时所得固体的化学式为      (填字母序号)。

a．ZnO       b．Zn₃O(SO₄)₂        c．ZnSO₄       d．ZnSO₄·H₂O

(14分)CO₂和H₂可用于合成甲醇和甲醚。
（1）已知①CH₃OH(l)＋O₂(g) ="=" CO₂(g)＋2H₂O(l)   ΔH＝－725.5 kJ·mol^－1
②H₂(g)＋O₂(g) ="=" H₂O(g)  ΔH ＝－241.8 kJ·mol^－1
③H₂O(g) ="=" H₂O(l)   ΔH ＝－44 kJ·mol^－1
则工业上以CO₂(g)、H₂(g)为原料合成CH₃OH(l)，同时生成H₂O(l)的热化学方程式为_______。
（2）将CO₂转化为甲醚的反应原理为2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(l)
已知在投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，不同温度、不同压强时，CO₂的转化率见下表：

①下列关于上述可逆反应的说法正确的是

A．在恒温、恒容的密闭容器中，当反应混合气体的密度保持不变时反应达平衡状态

B．当v正(CO2)=" 3" v逆(H2)，反应达平衡状态

C．当n(CO2):n(H2)=1：3时，反应达平衡状态

D．a > 60%

②上述反应的化学平衡常数的表达式为__________。
③该反应的ΔH       0，原因是                       。
④在压强为P、温度为500K、投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，反应达平衡状态时H₂的转化率为         ，混合气体中CO₂的体积分数为             。
（3）以甲醇、空气、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：放电时，负极的电极反应式为            。

一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫。
已知：①2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)ΔH=-566.0kJ/mol
②S(s)+ O₂(g)=SO₂(g)ΔH=-296.0kJ/mol
请写出CO还原SO₂的热化学方程式______        。
（2）工业土用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g) +H₂(g)。已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为_________，H₂的平均生成速率为         mol·L^-1min^-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为___________反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则c电极是    （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为      。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的___________极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为      L。

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，其周围是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：
溶解度/(g/100g水)

温度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	55.3	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	488	541	614

 

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）该电池的正极反应式为                  ，电池反应的离子方程式为：             
（2）用废电池的锌皮制备ZnSO₄·7H₂O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为        时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10^-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为_____时，锌开始沉淀（假定Zn^2＋浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H₂O₂后果是                         ，原因是                       。

随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂ (g)   △H。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol·L^－1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃时，该反应的平衡常数K＝                    （保留两位小数）。
②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是             。
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的
△H           0（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（2）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－574 kJ·mol^－1
②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H＝－1160 kJ·mol^－1
③H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ·mol^－1
写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O（1）的热化学方程式                。
（3）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为                              。

（4）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图所示。

①该工艺中能量转化方式主要有         (写出其中两种形式即可)。
②电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为                    。

目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：
I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：CH₄(g) + H₂O(g)CO(g) + 3H₂(g)
（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = _______________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。
（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________。
（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为________________________________________。
III．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO(g) + I₂O₅(s)5CO₂(g) + I₂(s)，不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
（5）T₁时化学平衡常数K = _________________________。
（6）下列说法不正确的是____________________（填字母序号）。

A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb < Kd

IV．（7）电解CO制备CH₄和W，工作原理如图所示，其原理用电解总离子方程式解释是_____________。

氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。
（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。

反应	大气固氮 N2(g)+O2(g)2NO(g)	工业固氮 N2(g)+3H2 (g)2NH3(g)
温度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10^-31	0.1	5×10^8	0.507	0.152

①分析数据可知：大气固氮反应属于__________（填“吸热”或“放热”）反应。
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因__________。
③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因_______________________。
（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N₂的平衡转化率在不同压强（р₁、р₂）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是________（填“A”或“B”）；比较р₁、р₂的大小关系_________。

（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是                   。

（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N₂(g)+6H₂O(1)4NH₃(g)+3O₂(g)，则其反应热ΔH＝___________________。
（已知：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝－92.4kJ·mol^－1
2H₂(g) +O₂(g)2H₂O(l)   △H＝－571.6kJ·mol^－1 ）

甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇，反应流程中涉及如下反应（下列焓变数据均在25℃测得）：

（1）25℃时，用CH₄和O₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为________________；
（2）某温度下，向容积为4 L的恒容密闭容器中通入6 molCO₂和6 mol CH₄，发生反应①，5 min后反应在该温度下达到平衡，这时测得反应体系中各组分的体积分数相等，则该反应在0～5 min内的平均反应速率v（CO）=________mol·L^-1·min^-1；在相同温度下，将上述反应改在某恒压容器内进行，该反应的平衡常数________（填“增大”“不变”或“减小”）；
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，25℃时，其反应的热化学方程式为：

科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下图所示：

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素，在下列各压强数据中，工业上制取甲酸甲酯应选择的是_______（填下列序号字母）
a．3.5×10⁶Pa        b．4.0×l0⁶Pa         c．5.0×10⁶Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是______________
（4）直接甲醇燃料电池（简称DMFC）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。DMFC的工作原理如图所示：

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__________；
②25℃时，用此电池以石墨作电极电解0.5 L饱和食盐水（足量），若两极生成的气体共1．12 L（已折算为标准状况下的体积），则电解后溶液的pH为_____（忽略溶液体积的变化）。

(14分)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)    △H₁
②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)    △H₂
则反应 4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)   △H＝                。(请用含有△H₁、△H₂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(△H)、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，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是          。

（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)。

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
（1）CO₂的电子式为：               。
（2）用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：（系数按顺序填在答题卷上）
___ C+ ___ KMnO₄+ ____ H₂SO₄ ＝ ____CO₂↑+ ____MnSO₄ + ____K₂SO₄+ ____H₂O
（3）甲醇是一种新型燃料，工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+ 2H₂（g） CH₃OH（g）  △H₁＝－116 kJ·mol^-1
已知： △H₂＝－283 kJ·mol^-1
 △H₃＝－242 kJ·mol^-1
则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO ₂和水蒸气时的热化学方程式为                ；
（4）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的燃料电池装置。

①该电池负极的电极反应为：                          。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为                 。
（5）在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律。下图是上述三种温度下不同的H₂和CO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。利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下 CO（g）+ 2H₂（g） CH₃OH（g）的平衡常数K =             。

（6）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，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为5.6×10^-5 mol/L ，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为               。

(16分)天然气在生产、生活中具有广泛的应用。
（1）CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) △H="-162" kJ·mol^-1。其他条件相同，实验测得在T₁和P_l与T₂和P₂条件下该反应的H₂平衡转化率相同，若T₁> T₂、则P_l ____P₂ (填“>”“<”或“=”)，平衡常数K_{1______}K₂(填“>” “<”或“=”)。
（2）另一合成CH₄的原理：CO(g)+3H₂(g)CH₄(g)+H₂O(g)。某温度时将0．1molCO和0.3mol H₂充入10L的密闭容器内，l0min时达平衡。测得10min内v(CO)= 0．0009mol·L^-1·min^-1，则H₂的平衡转化率为______，该温度下反应的平衡常数为___________mol^-2·L²。
（3）某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理，设计如图所示的装置。已知甲池的总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，乙池中盛有1L lmo1·L^-1CuSO₄溶液。a电极通入的气体为CH₄，其电极反应式是______，b电极的现象为______。一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1，则在这段时间内转移电子的物质的量为________mol。