高中化学化学电源新型电池试题

运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
（1）用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，发生反应C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g) △H="Q" kJ/mol。在T₁℃时，反应进行到不同时间（min）测得各物质的浓度（mol/L）如下：

时间 浓度	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①0～10min内，NO的平均反应速率v(NO)=______，T₁℃时，该反应的平衡常数K=              ；
②30min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是______（填字母编号）。
a．通入一定量的NO                    b．加入一定量的活性炭
c．加入合适的催化剂                   d．适当缩小容器的体积
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3：1：1，则Q______0（填“＞”或“＜”）。
④在恒容条件下，能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是______（填选项编号）。
a．单位时间内生成2nmol NO（g）的同时消耗nmol CO₂（g）
b．混合气体的平均相对分子质量不再发生改变
c．混合气体的密度不再发生改变
d．反应体系的压强不再发生改变
（2）某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N₂的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，利用以下反应：
NO+CON₂+CO₂（有CO）    2NON₂+O₂（无CO）

①若不使用CO，温度超过775 ℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为                     ；在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制最佳温度在           左右。
②用C_xH_y(烃)催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染。写出C₂H₆与NO₂发生反应的化学方程式     。
（3）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为                 。

(13分)某条件下，在2 L密闭容器中发生如下反应：2NO₂(g) 2NO(g)＋O₂(g)
在三种不同条件下进行，其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800 ℃，实验Ⅲ在850 ℃，NO、O₂的起始浓度都为0，NO₂的浓度(mol·L^－1)随时间(min)的变化如图所示。请回答下列问题：

（1）实验Ⅱ隐含的反应条件是     。
（2）实验II中，从反应开始至达到平衡，用氧气浓度变化表示的化学反应速率为        。
（3）800 ℃时，该反应的平衡常数K=           ，该反应是     (填“吸” 或“ 放”)热反应。
（4）若实验Ⅰ中达到平衡后，再向密闭容器中通入2 mol由物质的量之比为1：1组成的NO₂与O₂混合气体(保持温度不变)，此时反应将向       进行(填“正反应方向”或“逆反应方向”)。
（5）NO₂、NO是重要的大气污染物，近年来人们利用NH₃在一定条件下与之反应而将其转化为无害的参与大气循环的物质，
如：8NH₃＋6NO₂7N₂＋12H₂O。若将此反应设计成原电池，融熔K₂CO₃为电解质，则正极反应方程式为：       。
（6）向AlCl₃溶液中逐滴加入氨水，发生如下反应Al^3＋＋3NH₃·H₂O Al(OH)₃↓＋3NH₄^＋ ，一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^－5 mol·L^－1时，沉淀已完全。已知当溶液中Al^3＋恰好沉淀完全时溶液的pH="4.7" ，则Al(OH)₃的溶度积常数为      (已知：lg2=0.3)。

某研究小组提出了一种新的设想：利用原电池原理，设计一种H₂、Cl₂燃料电池，原电池总反应为：H₂＋Cl₂=2HCl，在对外提供电能的同时还可得到工业上具有重要用途的较浓的盐酸。他们设计的原电池装置如下，其中两个电极均为多孔铂电极。下列有关叙述不正确的是

A．a为负极，通入的气体为氢气

B．正极的电极反应式为：Cl2＋2e^－＝2Cl^－

C．电流由b极流出，经外电路到a极

D．原电池内部，H^＋移向负极，Cl^－移向正极

研究表明丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳 源（石油和天然气）到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图。能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_____________。

a．容器中压强不变       
b．H₂的体积分数不变
c．c（H₂）=3c（CH₃OH）       
d．容器中密度不变
e．2个C＝O断裂的同时有6个H－H断裂。
（2）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应
CO（g）＋H₂O（g）CO₂（g）＋H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol[	平衡量/mol	达到平衡所需 时间/min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1．6	2．4	6
2	900	2	1	0．4	1．6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验2条件下平衡常数K=           。
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值______（填具体值或取值范围）。
③实验4，若900℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1mol，则此时V_正  V_逆（填“<”，“>”，“=”）。
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l） ＋ 3O₂（g） ＝ 2CO₂（g） ＋ 4H₂O（g）   ΔH＝－1275.6 kJ／mol
②2CO （g）+ O₂（g） ＝ 2CO₂（g）  ΔH＝－566.0 kJ／mol
③H₂O（g） ＝ H₂O（l）  ΔH＝－44.0 kJ／mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：                           。
（4）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠（NaHC₂O₄）溶液显酸性。常温下，向10 mL 0.01 mol·L^-1 H₂C₂O₄溶液中滴加10mL 0.01mol·L^-1 NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系              ；
（5）以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。该电池的负极反应式为________；

氨气常用作致冷剂及制取铵盐和氮肥，是一种用途广泛的化工原料。（1）下表是当反应器中按n（N₂）:n（H₂）=1:3投料后，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH₃的物质的量分数随压强的变化曲线。

①曲线a对应的温度是       。
②关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是      （填字母）。
A．及时分离出NH₃可以提高H₂的平衡转化率
B．加催化剂能加快反应速率且提高H₂的平衡转化率
C．上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K（M）= K（Q） >K（N）
③M点对应的H₂转化率是              。
（2）工业制硫酸的尾气中含较多的SO₂，为防止污染空气，回收利用SO₂，工业上常用氨水吸收法处理尾气。
①当氨水中所含氨的物质的量3mol，吸收标准状况下44.8 L SO₂时，溶液中的溶质为            。
②NH₄HSO₃溶液显酸性。用氨水吸收SO₂，当吸收液显中性时，溶液中离子浓度关系正确的是   （填字母）。
a．c（NH₄^＋） = 2c（SO₃^2－） ＋ c（HSO₃^－）
b．c（NH₄^＋）> c（SO₃^2-）> c（H⁺）= c（OH^-）
c．c（NH₄^＋）+ c（H⁺）= c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）
（3）氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：

①氨气燃料电池的电解质溶液最好选择      （填“酸性”、“碱性”或“中性”）溶液。
②空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是                。
③氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池正极的电极反应方程式是                                   。

大功率的镍氢电池使用在油电混合动力车辆中。镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金，下列关于该电池的说法中正确的的是

A．放电时电池内部H^+向负极移动

B．充电时，将电池的负极与外接电源的正极相连

C．充电时阳极反应为Ni（OH）2+ OH^-- e^-=NiOOH+H2O

D．放电时负极的电极反应式为MHn-ne^－= M+nH^+

开发新能源、新材料是实现社会可持续发展的需要。请回答下列问题：
（1）下图是2LiBH₄/MgH₂体系放氢焓变示意图。

则：Mg（s）＋2B（s）=MgB₂（s）  ΔH＝        。
（2）采用球磨法制备Al与LiBH₄的复合材料，并对Al－LiBH₄体系与水反应产氢的特性进行下列研究：25℃水浴时，每克不同配比的Al－LiBH₄复合材料与水反应产生H₂体积随时间变化关系如图所示。下列说法正确的是       （填字母）。

A．25℃时，纯铝与水不反应
B．25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气
C．25℃时，Al－LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
（3）工业上可采用CO和H₂合成再生能源甲醇，其反应的化学方程式为
CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。
①在一容积可变的密闭容器中，充有10 mol CO和20 mol H₂，用于合成甲醇。
CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（P）的关系如图所示：
上述合成甲醇的反应为    反应（填“放热”或“吸热”）。平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为     。若达到平衡状态A时容器的体积为10 L，则平衡状态B时容器的体积为     L。

②图中虚线为该反应在使用催化剂条件下，起始H₂、CO投料比和CO平衡转化率的关系图。当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下，起始H₂、CO投料比和CO平衡转化率的关系示意图。

（4）己知参与电极反应的电极材料单位质量放出电能的大小称为该电池的比能量。关于二甲醚（CH₃OCH₃）碱性燃料电池与乙醇碱性燃料电池，下列说法正确的是     （填字母）。
A．两种燃料互为同分异构体，分子式和摩尔质量相同，比能量相同
B．两种燃料所含共价键数目相同，断键时所需能量相同，比能量相同
C．两种燃料所含共价键类型不同，断键时所需能量不同，比能量不同
（5）LiFePO₄与Li_1－xFePO₄作为磷酸亚铁锂电池电极材料，充放电过程中，发生LiFePO₄与Li_1-xFePO₄之间的转化，电池放电时负极发生的反应为Li_xC₆-xe^-═xLi⁺+6C，写出电池放电时反应的化学方程式                    。

(共16分)Ⅰ.CO和H₂作为重要的燃料和化工原料，有着十分广泛的应用。
（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)         △H₁= -393．5 kJ·mol^-1
C(s)+H₂O(g)= CO(g)+H₂(g)     △H₂= +131．3 kJ·mol^-1
则反应CO(g)+H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)+CO₂(g)△H=           kJ·mol^-1。
（2）利用反应CO(g) +H₂(g)+O₂(g) = CO₂(g) +H₂O(g)设计而成的MCFS燃料电池是用水煤气（CO和H₂物质的量之比为1:1）作负极燃气，空气与CO₂的混合气为正极助燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质的一种新型电池。现以该燃料电池为电源，以石墨作电极电解饱和NaCl溶液，反应装置以及现象如图所示。则有：

①燃料电池即电源的N极的电极反应式为 _______________________ ；
②已知饱和食盐水的体积为1 L，一段时间后，测得左侧试管中气体体积为11．2 mL(标准状况)，若电解前后溶液的体积变化忽略不计，而且电解后将溶液混合均匀，则此时溶液的pH为                。
Ⅱ.CO和NO是汽车尾气的主要污染物。消除汽车尾气的反应式之一为：
2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)。请回答下列问题：
（3）一定温度下，在一体积为VL的密闭容器中充人一定量的NO和CO时，反应进行到t时刻时达到平衡状态，此时n(CO)=amol、n(N0)=2amol、n(N₂)=bmol，且N₂占平衡混合气体总体积的1/4。
①该反应的平衡常数K=              （用只含a、V的式子表示）
②判断该反应达到平衡的标志是____（填序号）
A．v(CO₂)_生成=v(CO)_消耗
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变
C．混合气体的密度不再改变    
D．NO、CO、N₂、CO₂的物质的量浓度均不再变化
（4）在一定温度下，将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示，则：

①有害气体NO的转化率是      ，0～15minCO₂的平均反应速率v(CO₂)=____（保留小数点后三位）
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件是    。（填序号）。
A．增加CO的量     B．加入催化剂
C．减小CO₂的量     D．扩大容器体积

(14分)天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷｡下图为以天然气为原料制备化工产品的工艺流程｡

（1）CH₄的VSEPR模型为      
（2）一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并能使氨水再生，写出氨水再生时的化学反应方程式      
（3）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)；ΔH="-90.8" kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)；ΔH=-23.5kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g)；ΔH="-41.3" kJ·mol^-1
则催化反应Ⅱ室的热化学方程式为      
（4）在一定条件下，反应室Ⅲ(容积为VL)中充入amolCO与2amolH_{2 ，}在催化剂作用下反应生成甲醇：
CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)，CO的平衡转化率与温度､压强的关系如图所示，则：①P₁       P₂(填“<”､“=”或“>”)。

②在其它条件不变的情况下，反应室Ⅲ再增加a mol CO与2a mol H₂，达到新平衡时，CO的转化率      (填“增大”､“减小”或“不变”)。
③在P₁压强下，100℃时，反应：CH₃OH(g)CO(g)+2H₂(g)的平衡常数为     (用含a､V的代数式表示)｡
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄｡铜电极表面的电极反应式      

Ⅰ.（1）人们把拆开1 mol化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。
已知N₂、O₂分子中化学键的键能分别是946 kJ·mol^－1、497 kJ·mol^－1。
查阅资料获知如下反应的热化学方程式。
N₂(g)＋O₂(g)==="2NO(g)"    ΔH＝＋180 kJ·mol^－1；
N₂(g)＋2O₂(g)===2NO₂(g)   ΔH＝＋68 kJ·mol^－1；
2C(s)＋O₂ (g)===2CO(g)   ΔH＝－221 kJ·mol^－1；
C(s)＋O₂(g)===CO₂(g)   ΔH＝－393.5 kJ·mol^－1。
①一定条件下，N₂与O₂反应生成NO能够自发进行，其原因是___，NO分子中化学键的键能为___kJ·mol^－1。
②CO与NO₂反应的热化学方程式为4CO(g)＋2NO₂(g)===4CO₂(g)＋N₂(g) ΔH＝________。
Ⅱ.熔融状态下，钠的单质和FeCl₂能组成可充电电池(装置示意图如下)，反应原理为：
2Na＋FeCl₂Fe＋2NaCl
放电时，电池的正极反应式为________________；充电时，________(写物质名称)电极接电源的负极；该电池的电解质为____     __

高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能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。下列叙述不正确的是

A．放电时负极反应为：3Zn-6e^-+6OH^-====3Zn(OH)2

B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3-3e^-+5OH^- FeO4^2- +4H2O

C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被还原

D．充电时阴极溶液的碱性减弱

绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如下图，所示下列说法正确的是

A．氧气应从c处通入，电极Y上发生的反应为：O2＋4e^－＋2H2O = 4OH^－

B．电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH增大

C．二甲醚应从b处加入，电极X上发生的反应为：(CH3)2O -12e^－＋3H2O=2CO2＋12H^＋

D．当该电池向外电路提供2 mol电子时消耗O2约为22．4 L

(13分)（1）在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)+B(g)2C(g)+D(s) △H₁＜0反应，按下表数据投料，反应达到平衡状态，测得体系压强升高。

①该反应的平衡常数表达式为K＝___。升高温度，平衡常数将____(填“增大”“减小”或“不变”)。
②能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是________。
A．容器中压强不变      
B．混合气体的密度不变
C．υ(A):υ(B):υ(C)＝2:1:2    
D．c(A)＝c(C)
（2）为研究不同条件对反应2NO(g)+Cl₂(g)2C1NO(g)  △H₂＜0的影响，在恒温条件下，向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol C1₂，10 min时反应达到平衡。测得NO的转化率为。其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率为，则__________，(填“大于”“小于”或“等于”)。
（3）甲醇(CH₃OH)是重要的能源物质，研究甲醇具有重要意义。为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2—离子。电池工作时负极反应式为_________________。用该燃料电池作电源，以石墨为电极电解足量的硫酸铜溶液，当电路中通过0.1 mol电子时，若要使溶液恢复到起始浓度(温度不变，忽略溶液体积的变化)，可向溶液中加入_____(填物质名称)，其质量约为_______g。

下列说法正确的是

A．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加

B．原子核内有10个中子的氧原子

C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

D．新制饱和氯水在光照下有气泡产生，其主要成分是氯气

铅蓄电池的反应原理为：2PbSO₄+2H₂OPb+PbO₂+2H₂SO₄，下列叙述中，正确的是

A．PbSO4的氧化性比PbO2的强、还原性比Pb的强

B．放电时，PbO2为氧化剂、做负极，Pb为还原剂、做正极

C．放电时，当有2 mol H2SO4反应时，会有1．204×10^24个电子从铅电极流出

D．充电时，PbSO4既被氧化又被还原，Pb是阳极产物之一