高中化学化学电源新型电池实验题

近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：   

（1）Deacon发明的直接氧化法为： $4HCl\left(g\right)+O_2\left(g\right)=2C{l}_2\left(g\right)+2H_{2}O\left(g\right)$ 。下图为刚性容器中，进料浓度比 c(HCl) ∶ $c\left(O_2\right)$ 分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

可知反应平衡常数 K（300℃）________ K（400℃）（填"大于"或"小于"）。设HCl初始浓度为 $c_0$ ， 根据进料浓度比 c(HCl)∶ c(O ₂)=1∶1的数据计算 K（400℃）=________（列出计算式）。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶ $c\left(O_2\right)$ 过低、过高的不利影响分别是________。

（2）Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：

$CuC{l}_2\left(s\right)=CuCl\left(s\right)+\frac{1}{2} C{l}_2\left(g\right)$  Δ $H_1=83kJ·mol{ }^{-1}$

$CuCl\left(s\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right)=CuO\left(s\right)+\frac{1}{2}C{l}_2\left(g\right)$  Δ $H_2=-20kJ·mol{ }^{-1}$

$CuO\left(s\right)+2HCl\left(g\right)=CuC{l}_2\left(s\right)+H_{2}O\left(g\right)$     Δ $H_3=-121kJ·mol{ }^{-1}$

则 $4HCl\left(g\right)+O_2\left(g\right)=2C{l}_2\left(g\right)+2H_{2}O\left(g\right)$ 的   Δ H=________ $kJ·mol{ }^{-1}$ 。

（3）在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________。（写出2种）   

（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

负极区发生的反应有________（写反应方程式）。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L（标准状况）

某课外活动小组同学用右图装置进行相关的实验，试回答下列问题。

（1）若开始时开关K与a连接，则A极的电极反应式为          。
（2）若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为                        。在该实验中，下列说法正确的是（填序号）      。
①溶液中Na⁺向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后（设NaCl足量）加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则有0.2 mol电子转移
（3）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是           。
A．C(s) + H₂O(g) =" CO(g)" + H₂(g)  △H > 0
B．NaOH(aq) + HC1(aq) =" NaC1(aq)" + H₂O(1)  △H < 0
C．2H₂(g) + O₂(g) = 2H₂O(1)  △H<0
（4）电解原理在化学工业中有着广泛的应用。右图中，a为电解液，X和Y是两块电极板，回答下列问题：

（4）①若X和Y均为惰性电极，a为CuSO₄溶液，则电解时的化学反应方程式为             。通过一段时间后，向所得溶液中加入8g CuO粉末，恰好恢复电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为           。
②若X、Y分别为铁和铜，a仍为CuSO₄溶液，则Y极的电极反应式为           。

如图所示，用甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型燃料电池做电源，对A、B装置通电一段时间后，发现有1.6g甲醇参加反应且③电极增重（假设工作时无能量损失）。

请回答下列问题：
（1）分别指出F电极、②电极的名称              、            。
（2）④电极的反应式：              。E电极的反应式：               。
①电极上产生的实验现象是              。
（3）若A池中原混合液的体积为500 mL，CuSO₄、K₂SO₄浓度均为0.1 mol/L，电解过程中A池中共收集到标准状况下的气体          L。

是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在加入适量 溶液,生成沉淀，保持反应温度为80，边搅拌边将一定量溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗剂、真空干燥得到固体样品。反应方程式为
+回答下列问题：
（1）上述制备过程中，检验洗剂是否完全的方法是.
(2)银锌碱性电池的电解质溶液为溶液，电池放电时正极的 转化为，负极的转化为，写出该电池反应方程式：.
(3)准确称取上述制备的样品（设仅含和）2.558，在一定的条件下完全分解为和，得到224.0（标准状况下）。计算样品中的质量分数（计算结果精确到小数点后两位）。

镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害。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，Fe^3＋不能氧化Ni^2＋。
②已知实验温度时的溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄·H₂O＞NiC₂O₄·2H₂O
③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)n	Ksp
pH
开始沉淀	沉淀完全
Al(OH)3	1.9×10^－23	3.4	4.2
Fe(OH)3	3.8×10^－38	2.5	2.9
Ni(OH)2	1.6×10^－14	7.6	9.8

回答下列问题：
(1) 用NiO调节溶液的pH，依次析出沉淀Ⅰ________和沉淀Ⅱ__________(填化学式)。
(2) 写出加入Na₂C₂O₄溶液的反应的化学方程式：　。
(3) 检验电解滤液时阳极产生的气体的方法：　。
(4) 写出“氧化”反应的离子方程式：　。
(5) 如何检验Ni(OH)₃已洗涤干净？　。

锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn₂O₄、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：

（1）第②步反应得到的沉淀X的化学式为        。
（2）第③步反应的离子方程式是                               。
（3）第④步反应后，过滤Li₂CO₃所需的玻璃仪器有                           。
若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：
                               、                               。
（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiMn₂O₄的质量为18.1 g，第③步反应中加入20.0mL 2.5mol·L^-1的H₂SO₄溶液。正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li₂CO₃，至少有       g Na₂CO₃参加了反应。