高中化学化学电源新型电池简答题

金属及其化合物在国民经济发展中起着重要作用。
（1）工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：

该反应的氧化剂是_________,当生成19.2gCu时，反应中转移的电子为_____mol。铜在潮湿的空气中能发生吸氧腐蚀而生成（碱式碳酸同）。该过程负极的电极反应式_______________。
（2）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（分别作为两个电极的反应物，固体陶瓷（可传导）为电解质，其原理如图所示：

①根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在_______。

②放电时，电极A为____极，S发生_______反应。
③放电时，内电路中的的移动方向为_______（填“从A到B”或“从B到A”）。
④充电时，总反应为Na所在电极与直流电源_______极相连，阳极的电极反应式为________.

(15分)二甲醚（DME）被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下：
①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₁=－90.7 kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)     △H ₂=－23.5 kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)      △H ₃=－41.2kJ·mol^-1
回答下列问题：
（1）则反应3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)的△H＝        kJ·mol^-1。
（2）下列措施中，能提高CH₃OCH₃产率的有                  。
A．使用过量的CO       B．升高温度      C．增大压强
（3）反应③能提高CH₃OCH₃的产率，原因是                  。
（4）将合成气以n(H₂)/n(CO)=2通入1L的反应器中，一定条件下发生反应：
4H₂(g)+2CO(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)△H，其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示，下列说法正确的是                  。
A．△H<0
B．P₁<P₂<P₃
C．若在P₃和316℃时，起始n(H₂)/n(CO)=3，则达到平衡时，CO转化率小于50％
（5）采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制备二甲醚。观察图2回答问题。催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为              时最有利于二甲醚的合成。
（6）图3为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a电极的电极反应式为               。

（7）甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是：CH₃OH +H₂SO₄→CH₃HSO₄+H₂O，
CH₃HSO₄+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄。与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是                  。

（1）已知：C(s)+O₂(g)＝CO₂(g)     ΔH₁＝－393.5 kJ/mol
C(s)+H₂O(g)＝CO(g)+H₂(g)      ΔH₂＝＋131.3 kJ/mol
则反应CO(g)+H₂(g) +O₂(g)＝H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH＝____  ___kJ/mol。
（2）在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   ΔH
①下列情形不能说明该反应已达到平衡状态的是_______（填序号）。
A．每消耗1 mol CO的同时生成2molH₂
B．混合气体总物质的量不变
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示。A、B两点的平衡常数K(A)_______K(B)（填“＞”、“=”或“＜”,下同）；由图判断ΔH _____0。

③某温度下，将2.0 mol CO和6.0 molH₂充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)＝0.25mol/L，则CO的转化率＝        ，此温度下的平衡常数K＝     （保留二位有效数字）。
（3）工作温度650℃的熔融盐燃料电池，用煤炭气（CO、H₂）作负极反应物，空气与CO₂的混合气体为正极反应物，催化剂镍作电极，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物作电解质。负极的电极反应式为：CO+H₂－4e^-+2CO₃^2-＝3CO₂+H₂O；则该电池的正极反应式为                。

(14分)尿素是蛋白质代谢的产物，也是重要的化学肥料。工业合成尿素反应如下：
2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)
(1)在一个真空恒容密闭容器中充入CO₂和NH₃发生上述反应合成尿素，恒定温度下混合气体中的氨气含量如图所示。

A点的正反应速率v_正(CO₂)_______B点的逆反应速率v_逆(CO₂)(填“＞”、“＜”或“＝”)；
氨气的平衡转化率为________________________。
（2）氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。将体积比为2:1的NH₃和CO₂混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生下列反应并达到平衡：2NH₃(g)＋CO₂(g) NH₂COONH₄(s)
将实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表：

温度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡气体总浓度 (10^－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①关于上述反应的焓变、熵变说法正确的是                               。
A.∆H＜0， ∆S＜0           B.∆H＞0， ∆S＜0   
C.∆H＞0， ∆S＞0           D.∆H＜0， ∆S＞0
②关于上述反应的平衡状态下列说法正确的是________________
A.分离出少量的氨基甲酸铵，反应物的转化率将增大
B.平衡时降低体系温度，CO₂的体积分数下降
C.NH₃的转化率始终等于CO₂的转化率
D.加入有效的催化剂能够提高氨基甲酸铵的产率
③氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，酸性条件水解更彻底。将氨基甲酸铵粉末逐渐加入1 L0.1 mol/L的盐酸溶液中直到pH=7(室温下，忽略溶液体积变化)，共用去0.052 mol氨基甲酸铵，此时溶液中几乎不含碳元素。此时溶液中c(NH₄^＋ )=            ；
NH₄^＋ 水解平衡常数值为                 。
（3）化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电！用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出该电池的负极反应式：                              。

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法.
I.已知：2CO(g)+ O₂(g)＝2CO₂(g),ΔH＝-566 kJ·mol^-1
2Fe(s)+ O₂(g)＝Fe₂O₃(s),ΔH＝-825.5 kJ·mol^-1
反应：Fe₂O₃(s)+ 3CO(g)2Fe(s)+ 3CO₂(g),ΔH＝______ kJ·mol^-1.
Ⅱ.反应Fe₂O₃(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO₂(g)在1000℃的平衡常数等于4。在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol,反应经过l0min后达到平衡.
（1）CO的平衡转化率=____________.
（2）欲提高CO的平衡转化率,促进Fe₂O₃的转化,可采取的措施是________.
a．提高反应温度
b．增大反应体系的压强
c．选取合适的催化剂
d．及时吸收或移出部分CO₂
e．粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触
Ⅲ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H₂反应制备甲醇:
CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH(g).请根据图示回答下列问题:

（1）从反应开始到平衡,用H₂浓度变化表示平均反应速率v(H₂)=________.
（2）若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:

容器	反应物投入的量	反应物的转化率	CH3OH的浓度	能量变化(Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1 kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2 kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3 kJ热量

则下列关系正确的是________.
A．c₁=c₂
B．2Q₁=Q₃
C．2α₁=α₂
D．α₁+α₂ =1
E．该反应若生成1mol CH₃OH，则放出(Q₁+Q₂)kJ热量
（3）若在一体积可变的密闭容器中充入l mol CO、2mol H₂和1mol CH₃OH ,达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍,则该反应向______(填“正”、“逆”)反应方向移动.
（4）甲醇可与氧气构成燃料电池,该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液,写出该电池的负极反应式__________________                                 ____。

焦炭与CO、H₂均是重要的能源，也是重要的化工原料。
（1）已知C、H₂、CO的燃烧热（△H）分别为－393.5 kJ·mol^－1、－285.8kJ·mol^－1、－283 kJ·mol^－1，又知水的气化热为＋44 kJ／mol。
①焦炭与水蒸气反应生成CO、H₂的热化学方程式为___________________。
②若将足量焦炭与2mol水蒸气充分反应，当吸收能量为191．7 kJ时，则此时H₂O（g）的转化率为_________________。
（2）将焦炭与水蒸气置于容积为2L的密闭容器中发生反应：C（s）＋H₂O（g）CO（g）＋H₂（g），其中H₂O、CO的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

①第一个平衡时段的平衡常数是______________，若反应进行到2 min时，改变了温度，使曲线发生如图所示的变化，则温度变化为___________（填“升温”或“降温”）。
②反应至5 min时，若也只改变了某一个条件，使曲线发生如图所示的变化，该条件可能是下述中的____。
a．增加了C
b．增加了水蒸气
c．降低了温度
d．增加了压强
（3）假设（2）中反应在第2min时，将容器容积压缩至1 L，请在上图中绘制出能反映H₂O、CO物质的量变化趋势的图像。
（4）若以CO、O₂、K₂CO₃等构成的熔融盐电池为动力，电解400 mL饱和食盐水，则负极上的电极反应式为______________________，当有5·6g燃料被消耗时，电解池中溶液的pH＝__________（忽略溶液的体积变化，不考虑能量的其它损耗）。

CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与水进行高温重整制备合成气。
（1）已知：CH₄、H₂和CO的燃烧热（△H）分别为－890．3kJ/mol、－285．8kJ/mol和－283．0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44．0kJ。用1 m³（标准状况）的甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气所需的热量为               （保留整数）。
（2）在一定温度下，向体积为2L的密闭容器中充入0．40mol CH₄和0．60mol H₂O（g），测得CH₄（g）和H₂（g）的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

物质浓度 时间/min	0	1	2	3	4
CH4	0.2mol·L^－1	0.13 mol·L^－1	0.1 mol·L^－1	0.1 mol·L^－1	0.09 mol·L^－1
H2	0 mol·L^－1	0.2 mol·L^－1	0.3 mol·L^－1	0.3 mol·L^－1	0.33 mol·L^－1

①计算该反应第一次达平衡时的平衡常数K                   。
②3min时改变的反应条件是                       （只填一种条件的改变即可）。
（3）已知温度、压强、投料比X[n（CH₄）/n（H₂O）]对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₁         X₂（填“=”、“>”或“<”下同）。
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：P₁         P₂。
（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：
①放电时，负极的电极反应式为                                            。
②设装置中盛有100．0mL 3．0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为               。

目前“低碳经济”备受关注。CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试利用所学知识，解决下列问题。
目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题．试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：它所对应的化学反应为：_________________
（2）一定条件下，将C（s）和H₂O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需的时间/min
C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2	8
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=  
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度      （填选项字母）．
A．=0.8mol•L^﹣1          B．=1.4mol•L^﹣1   
C．＜1.4mol•L^﹣1         D．＞1.4mol•L^﹣1
③丙容器的容积为1L，T₁℃时，按下列配比充入C（s）、H₂O（g）、CO₂（g）和H₂（g），达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是  （填选项字母）．
A.0.6mol、1.0mol、0.5mol、1.0mol   
B.0.6mol、2.0mol、0mol、0mol
C.1.0mol、2.0mol、1.0mol、2.0mol   
D.0.25mol、0.5mol、0.75mol、1.5mol
（3）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[]	500K	600K	700K	800K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H  0，熵变△S  0（填＞、＜或=）．
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式  ．若以1.12L•min^﹣1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为﹣24.9℃），用该电池电解500mL 2mol•L^﹣1 CuSO₄溶液，通电0.50min后，理论上可析出金属铜  g．

(14分)甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：

(1)用CH₄和0₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为                     。
(2)某温度下，向4 L恒容密闭容器中通人6 mol C0₂和6mol CH₄，发生反应(i)，平衡体系中各组分的体积分数均为，则此温度下该反应的平衡常数K=       ，CH₄的转化率为                 。
(3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，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：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是    (填“3．5× 10⁶ Pa” “4．O×10⁶ Pa”或“5.0× 10⁶ Pa”)。
②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a气体的电极是电池的        (填“正”或“负”)极，其电极反应式为    .
②常温下，用此电池以惰性电极电解O．5 L饱和食盐水(足量)，若两极共生成气体1．12 L(已折算为标准状况下的体积)，则电解后溶液的pH为   (忽略溶液的体积变化)。