高中化学化学电源新型电池试题

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：2Cu₂O+ Cu₂S=6Cu+SO₂
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________.

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）—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：其相关数据如下表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/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.0.6mol1.0mol0.5mol1.0mol
B.0.6mol2.0mol0mol0mol
C.1.0mol2.0mol1.0mol2.0mol
D.0.25mol0.5mol0.75mol1.5mol
（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[n（H2) / n（CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
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1.12 L·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500 mL 2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜        g。

CO₂和CH₄是两种重要的温室气体．通过CH₄和CO₂反应可以制造价值更高的化学品。
（1）25℃时．以镍合金为催化剂，向4L容器中通人6 mol CO₂,4mol CH₄，发生反应：
CO₂（g）+CH₄（g） 2CO（g）+2H₂（g）平衡体系中各组分的浓度为：

①在该条件下达平衡时，CH₄的转化率为____________.
②已知①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （g）    ΔH= -890.3KJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）          ΔH= +2.8KJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）       ΔH= -566.0KJ/mol
求反应CO₂（g）+ CH₄（g）2CO（g） +2H₂（g）的ΔH=___________KJ/mol
（2）用Cu₂Al₂O₄做催化剂,一定条件下发生反应：CO₂＋CH₄（g）CH₃COOH温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率如图，请回答下列问题：

①250-300⁰C时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是      。
②为提高上述反应CH₄的转化率，可采取的措施有     （写2条）。
（3）Li₄SiO₄可用于吸收、释放CO₂，原理是,500⁰C时CO₂与Li₂SiO₄接触生成Li₂CO₃;平衡后加热至700⁰C ,反应逆向进行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，将该原理用化学方程式表示（请注明正反应方向和逆反应方向的条件）：     。
（4）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na₂Sx）分别作为两个电极的反应物．多孔固体Al₂O₃陶瓷（可传导Na^＋）为电解质，其反应原理如下图所示：
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   范围内（填字母序号）。

②放电时电极A为    极。
③充电时，总反应为Na₂S_x="2Na+xS" （3<x<5）．则阳极的电极反应式为     。

铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO₂，电解液为稀硫酸。放电时，该电池总反应式为：Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄2PbSO₄＋2H₂O。请根据上述情况判断：
（1）该蓄电池的负极材料是_________，放电时发生_________（填“氧化”或“还原”）反应。
（2）该蓄电池放电时，电解质溶液的酸性_________（填“增大”、“减小”或“不变”），电解质溶液中阴离子移向_________（填“正”或“负”）极。
（3）已知硫酸铅为不溶于水的白色固体，生成时附着在电极上。试写出该电池放电时，正极的电极反应_______________________________________（用离子方程式表示）。
（4）氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。若电解质为KOH溶液，则氢氧燃料电池的负极反应式为____________________。该电池工作时，外电路每流过1×10³ mol e^－，消耗标况下氧气_________m³。

氢氧燃料电池已用于航天飞机，以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2H₂ + 4OH^— - 4e^— ="=" 4H₂O    O₂ + 2H₂O + 4e^— ="=" 4OH^—
据此作出判断，下列说法中错误的是

A．H2在负极发生氧化反应

B．供电时总反应为：2H2 + O2 ="=" 2H2O

C．产物为无污染的水，属于环境友好电池

D．燃料电池的能量转化率可达100%

下列关于充电电池的叙述，不正确的是

A．充电电池的化学反应原理是氧化还原反应

B．充电电池可以无限制地反复放电、充电

C．充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行

D．较长时间不使用电器时，最好从电器中取出电池，并妥善存放。

工业废水中常含有一定量的Cr₂O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe和石墨作电极电解含Cr₂O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)₃沉淀，达到净化目的。某科研小组利用以上方法处理污水，设计了熔融盐电池和污水电解装置如下图所示。

（1）Fe电极为         （填“M”或“N”）；电解时       (填“能”或“不能”)否用Cu电极来代替Fe电极，理由是                                                。
（2）阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是                            
阴极附近的沉淀有                             。
（3）图中熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH₄为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池。已知，该熔融盐电池的负极的电极反应是CH₄–8e^–+4CO₃^2–==5CO₂+2H₂O，则正极的电极反应式为                  。
（4）实验过程中，若电解池阴极材料质量不变，产生4.48L（标准状况）气体时，熔融盐燃料电池消耗CH₄的体积为                    L（标准状况）。

甲醇是一种重要的可再生能源。
（1）已知2CH₄(g)+O₂(g)=2CO(g)+4H₂(g)     ΔH ="a" KJ/mol
CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)      ΔH ="b" KJ/mol
试写出由CH₄和O₂制取甲醇的热化学方程式：                          。
（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。
甲图是反应时CO和CH₃OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡，用H₂表示平均反应速率υ(H₂)=                  _{_}。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T压强（P）的变化如乙图所示。
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是_______。（填字母）
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的体积分数不再改变
C．体系中H₂的转化率和CO的转化率相等
D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小P_A________P_B（填“＞、＜、=”）。
③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH₂，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=        L。
（4）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）。
①若KOH溶液足量，则写出电池总反应的离子方程式：___________________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol，当有0.5 mol甲醇参与反应时，电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是              。

空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充放电池．图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是

A． 当有0.1mol电子转移时，a极产生1.12L O₂（标准状况下）
B． b极上发生的电极反应是：4H₂O+4e^﹣=2H₂↑+4OH^﹣
C． d极上发生的电极反应是：O₂+4H⁺+4e^﹣=2H₂O
D． c极上进行还原反应，B中的H⁺可以通过隔膜进入A

化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
（1）利用“化学蒸气转移法”提纯金属钨的反应原理为W(s)＋I₂(g)WI₂(g)。该反应在石英真空管中进行，如下图所示：

①该反应的平衡常数表达式K＝_______，若K＝1/2，向某恒容密闭容器中加入1mol I₂(g)和足量W(s)，反应达到平衡时I₂(g)的转化率为__________。
②该反应的△H____0（填“＞”或“＜”），上述反应体系中可循环使用的物质____。
③能够说明上述反应已经达到平衡状态的有_________（填序号）。
a．I₂与WI₂的浓度相等
b．W的质量不再变化
c．容器内混合气体的密度保持不变
d．单位时间内，金属钨消耗的物质的量与碘化钨生成的物质的量相等
（2）利用“隔膜电解法”处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH₃CHO＋H₂OCH₃CH₂OH＋CH₃COOH，实验室中，以一定浓度的乙醛和Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。

①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入__________(填化学式)。
②电解池阳极区的电极反应式为_________________。
③在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m³乙醛含量为3000 mg·L^-1的废水，可得到乙醇________kg(计算结果保留小数点后一位)。

二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放。
（1）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：
已知：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)      △H＝-a kJ·mol^－1；
CH₃OH(g)＝CH₃OH(l)                   △H＝-b kJ·mol^－1；
2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)                 △H＝-c kJ·mol^－1；
H₂O(g)＝H₂O(l)                        △H＝-d kJ·mol^－1，
则表示CH₃OH(l)燃烧热的热化学方程式为：_____________________________。
（2）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 molCO₂和3mol H₂，发生的反应为：
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)△H＝-a kJ/mol（a＞0）， 测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是________。（选填编号）
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O
D．该体系中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且
保持不变
②计算该温度下此反应的平衡常数K＝_______。（保留两位有效数字）。若改变条件       （填选项），可使K＝1。
A．增大压强  
B．增大反应物浓度  
C．降低温度  
D．升高温度  
E．加入催化剂
（3）某甲醇燃料电池原理如图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为_______________________________。
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解的总反应离子方程式为：                                     。假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为______________（忽略溶液体积变化）。

一定温度下，在恒容密闭容器中充入2molNO₂与1molO₂发生反应如下：

4NO₂(g)+O₂(g) 2N₂O₅(g)
（1）已知平衡常数K_350℃＜K_300℃，则该反应是_________反应（填“吸热”或“放热”）；常温下，该反应能逆向自发进行，原因是_______________________________________。
（2）下列有关该反应的说法正确的是___________。
A．扩大容器体积，平衡向逆反应方向移动，混合气体颜色变深
B．恒温恒容下，再充入2molNO₂和1molO₂，再次达到平衡时NO₂转化率增大
C．恒温恒容下，当容器内的密度不再改变，则反应达到平衡状态
D．若该反应的平衡常数增大，则一定是降低了温度
（3）氮的化合物种类较多，如NH₃、NO、NO₂、HNO₃、硝酸盐等。
①亚硝酸是一种弱酸，能证明亚硝酸是弱电解质的是__________。
A．常温下，亚硝酸钠溶液的pH＞7
B．亚硝酸能和NaOH发生中和反应
C．用亚硝 酸 溶液做导电性实验，灯泡很暗
D．常温下，将pH=3的亚硝酸溶液稀释10倍 ，pH＜4
②根据酸碱质子理论，凡是能给出质子的分子或离子都是酸，凡是能结合质子的分子或离子都是碱。按照这个理论，下列微粒属于两性物质的是___________。
a．H₂O   
b．NO₂^－  
c．H₂NCH₂COOH   
d．H₂PO₄^－   
e．H₂S
③氮同主族磷元素形成的Na₂HPO₄溶液显碱性，若向溶液中加入足量的CaCl₂溶液，溶液则显酸性，其原因是___________________________________________(用离子方程式表示)。
（4）X、Y、Z、W分别是HNO₃、NH₄NO₃、NaOH、NaNO₂四种强电解质中的一种。下表是常温下浓度均为0.01 mol·L^-1的X、Y、Z、W溶液的pH。

将X、Y、Z各1mol·L^-1同时溶于水中制得混合溶液，则混合溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为 ________________________________________________。
（5）N₂O₅是一种新型绿色硝化剂,其制备可以用硼氢化钠燃料电池作电源,采用电解法制备得到N₂O₅，工作原理如图。则硼氢化钠燃料电池的负极反应式为            。

（1）在某一恒温体积可变的密闭容器中发生如下反应：A(g)+B(g)2C(g)  ΔH < 0。t₁时刻达到平衡后，在t₂时刻改变某一条件，其反应过程如图。下列说法正确的是       （填序号字母）

a．0～t₁时，v_正>v_逆 ，t₂时，v_逆>v_正
b．混合气体的密度不再改变时，Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡
c．t₂时刻改变的条件可以是向密闭容器中加C
d．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数Ⅰ<Ⅱ
（2）工业上常用CO₂和NH₃通过如下反应合成尿素[CO(NH₂)₂]。

t℃时，向容积恒定为2L的密闭容器中加入0.10 molCO₂和0. 40 molNH₃，70 min开始达到平衡。反应中CO₂ ( g)的物质的量随时间变化如下表所示:

时间／min	0	20	70	80	100
n(CO2) ／mol	0.10	0.060	0.020	0.020	0.020

①20 min时，平均反应速率υ (CO₂ )=      mol/L·min。
②在100 min时，保持其它条件不变，再向容器中充入0. 050 mo1CO₂和0. 20 molNH₃，重新建立平衡后CO₂的转化率与原平衡相比将           (填“增大”、“不变”或“减小”)。
③上述可逆反应的平衡常数为_         (保留一位小数)。
④下图所示装置(阴、阳极均为惰性电极)可用于电解尿素〔CO(NH₂)₂〕的碱性溶液制取氢气。该装置中阳极的电极反应式为                                   ，

（3）CH₄燃料电池，装置示意如图（A、B为多孔性碳棒）。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL。当 V="44.8" L时，电池总反应方程式为                ；用该电池为电源，以石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液，两极均产生气泡。持续电解，在阴极附近的溶液中还可观察到的现象是________________。

I．将一定量NO₂和N₂O₄的混合气体通入体积为1L的恒温密闭容器中，各物质浓度随时间变化的关系如图1所示。

请回答：
（1）下列选项中不能说明该反应已达到平衡状态的是           （填选项字母）。

A．容器内混合气体的压强不随时间变化而改变

B．容器内混合气体的密度不随时间变化而改变

C．容器内混合气体的颜色不随时间变化而改变

D．容器内混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而改变

（2）反应进行到10 min时，共吸收热量11．38 kJ，则该反应的热化学方程式为                ；
（3）计算该反应的平衡常数K=                                          。
（4）反应进行到20 min时，再向容器内充入一定量NO₂，10min后达到新的平衡，此时测得c（NO₂）=0．9 mol／L。
①第一次平衡时混合气体中NO₂的体积分数为w₁，达到新平衡后混合气体中NO₂的体积分数为w₂，则w₁      w₂ （填“>”、“=”或“<”）；
②请在图2中画出20 min后各物质的浓度随时间变化的曲线（曲线上必须标出“X”和“Y”）。
II．（1）海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜力。锂是制造化学电源的重要原料。如LiFePO₄电池中某电极的工作原理如下图所示：

该电池的电解质为能传导Li⁺的固体材料。放电时该电极是电池的              极（填“正”或“负”），该电极反应式为                                      。
（2）用此电池电解含有0．1 mol/L CuSO₄和0．1 mol/L NaCl的混合溶液100 mL，假如电路中转移了0．02 mol e^－，且电解池的电极均为惰性电极，阳极产生的气体在标准状况下的体积是__________L。

(13分)《华北电力大学学报：社会科学版》2014年第2期的文章《欧盟暂停征收航空碳排放税的法律思考》，该文章从欧盟暂停征收航空碳排放税的背景人手，分析了欧盟征收航空碳排放税的争议焦点所在，最后对欧盟暂停征收航空碳排放税进行了评析，并提出征收航空碳排放税是未来趋势的观点，希望在反对声中换一个视角来阐述征收航空碳排放税对于环境保护、技术革新和国际法的促进作用。
（1）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：
____C＋____KMnO₄＋____H₂SO₄→____CO₂↑＋____MnSO₄＋____K₂SO₄＋____H₂O
（2）活性炭可处理大气污染物NO。在2 L密闭容器中加入NO和活性炭(无杂质)，生成气体E和F。当温度分别在T₁和T₂时，测得各物质平衡时物质的量如下表：

上述反应T₁℃时的平衡常数为K₁，T₂℃时的平衡常数为K₂。
①计算K₁=        。
②根据上述信息判断，温度T₁和T₂的关系是(填序号)           。
a．T₁大于T₂       b．T₁小于T₂      c.无法比较
（3）工业上利用CO和水蒸气在一定条件下发生反应制取氢气：
CO(g)＋H₂O(g)  CO₂(g)＋H₂(g)         ΔH＝－41 kJ/mol
已知：2H₂O (g)  =  2H₂ (g)＋O₂ (g)  ΔH＝＋484 kJ/mol，
①写出CO完全燃烧生成CO₂的热化学方程式：                        。
②某温度下，在一容积可变的容器中， CO转化生成CO₂的反应达到平衡时， CO、O₂和CO₂的物质的量分别为4 mol、2 mol、和4 mol.保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整，可使平衡右移的是：

A．均增加1 mol

B．均加倍

C．均减少1 mol

D．均减半

（4）现以CO、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成的燃料电池，采用电解法制备高铁酸盐Na₂FeO₄的装置如图所示。其中Y为CO₂。

写出石墨I电极上发生反应的电极反应式                                 。
写出电解池中生成FeO₄^2－的电极反应式为                                 。