高中化学化学电源新型电池试题

据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^—2CO₃^2— + 6H₂O。则下列说法不正确的是

A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极

B．充电时电解质溶液的pH逐渐增大

C．放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e^—+8OH^—＝CO3^2— +6H2O

D．充电时每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子

目前机动车使用的电池品种不少，其中铅蓄电池的使用量最大。
I．铅蓄电池的电极材料分别是Pb和PbO₂，电解质溶液为稀硫酸。铅蓄电池充放电的总反应方程式为：

PbO₂+Pb+2H₂SO₄2PbSO₄+2H₂O，请根据上述情况判断：
（1）电池的负极材料是         。
（2）充电时，铅蓄电池阳极的电极反应式为               。
Ⅱ．铅蓄电池使用量的急速增加引起铅污染日益严重，工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的一种工艺流程如下：

请回答下列问题：
（3）为提高步骤①的化学反应速率，你认为可采取的措施是            （写一条即可）。
（4）写出步骤①中PbSO₄转化为PbCO₃反应的平衡常数表达式：K =             。
（5）步骤①中发生氧化还原反应的化学方程式为                              。
（6）步骤③从母液可获得的副产品为                              （写化学式）。
（7）已知：PbCO₃在一定条件下可制得PbO，PbO通过进一步反应可制得Pb，写出一个由PbO生成Pb的化学方程式：                                      。

(14分)汽车作为一种现代交通工具正在进入千家万户，汽车尾气中含有CO、NOx等有毒气体，其污染问题也成为当今社会急需解决的问题。
（1）汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如图：

则该反应的热化学方程式为_____________________________。
（2）对汽车加装尾气净化装置，可使CO、NOx有毒气体相互反应转化为无毒气体。
2xCO＋2NOx ="=" 2xCO₂＋N₂，当转移电子物质的量为0.4x mol时，该反应生成标准状况下的N₂体积_____________________L。
（3）一氧化碳是一种用途相当广泛的化工基础原料。可以还原金属氧化物，还可以用来合成很多有机物如甲醇等。在压强为0.1 MPa条件下，将a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下反应生成甲醇： CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)；△H＝ -b kJ•mol-1
①该反应的平衡常数表达式为_____________________________。
②若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______________

A．升高温度	B．将CH3OH(g)从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大	D．再充入1 mol CO和3 mol H2

③经测定不同温度下该反应的平衡常数如下：

温度（℃）	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

若某时刻、250℃测得该反应的反应物与生成物的浓度为c(CO) ＝0.4 mol/L、c(H₂)＝0.4 mol/L、c(CH₃OH)＝0.8 mol·L^-1, 则此时v正___________v逆(填＞、＜或＝)。
（4）甲醇是重要的基础化工原料，又是一种新型的燃料，最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极加入甲醇，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-离子。该电池的正极反应式为_____________________________。电池工作时，固体电解质里的O^2-向_______极移动。

利用反应6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法不正确的是

A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极

B．A电极上发生氧化反应，B为正极

C．电极A极反应式为2NH3-6e^-=N2+6H^+

D．当有2.24LNO2(标准状况) 被处理时，转移电子为0.4mol

铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是          （只写离子方程式）。
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄设计的原电池，请在图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为         ；若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为448mL(标准状况下)时，溶液的pH=   （假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，        直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu²⁺。

(10分)铁及其化合物在生活、生产中有广泛应用。请回答下列问题：
（1）黄铁矿(主要成分为FeS₂)是生产硫酸和冶炼钢铁的重要原料。高温下可发生反应：
3FeS₂＋8O₂6SO₂＋Fe₃O₄
该过程中若有1.5mol FeS₂参加反应，则反应过程中转移_____mol电子。
（2）氯化铁溶液显酸性，原因是___________________(用适当的文字和离子方程式解释)，用惰性电极电解氯化铁溶液之初，阳极电极反应式为：____________________________________。
（3）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为碱溶液，其反应式为：

放电时电池的负极反应式为____________________；充电时电解液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”之一)。

铅蓄电池的电池反应为 Pb(s)＋PbO₂(s)＋2H₂SO₄(aq)2PbSO₄(s)＋2H₂O(l)，下列说法错误的是

A．放电时覆盖PbO2的电极为正极，发生还原反应

B．放电时电解质溶液中的H^＋向正极移动

C．充电时阴极的电极反应为 PbSO4(s) ＋ 2e^－="Pb(s)" ＋ SO4^2^－(aq)

D．充电时电解质溶液的pH逐渐增大

(14分)某化学小组通过查阅资料，设计了如下图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO₄。已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有Ni，还含有Al(31％)、Fe(1．3％)的单质及氧化物，其他不溶杂质(3.3％)。

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如下：

（1）“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是           。
（2）“酸浸”时所加入的酸是                     (填化学式)。
（3）加入H₂O₂时发生反应的离子方程式为           。
（4）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的调控范围是           。
（5）产品晶体中有时会混有少量绿矾(FeS0₄·7H₂0)，其原因可能是           。(写出一点即可)。
（6）NiSO₄·7H₂O可用于制备镍氢电池(NiMH)，镍氢电池目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中总反应的化学方程式是Ni(OH)₂+M=NiOOH+MH，则NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为       。

(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)。

镍镉电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：
Cd+2NiO(OH)+2H₂OCd(OH)₂ +2Ni(OH)₂
由此可知，该电池放电时的负极材料是

A．Cd(OH)2

B．Ni(OH)2

C．Cd

D．NiO(OH)

(9分) 观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是

（1）在①图中，发生反应的化学方程式为：                                。
（2）在②图中，待镀铁制品应与电源    极相连，电极反应式为：                  。
（3）在③图中,外电路电子由    极流向    极，若电解液为KOH溶液，则b极的反应式为       。

银锌电池的电极分别是Ag₂O和Zn，电解质溶液为KOH，它的放电过程表示为：
Ag₂O + Zn + H₂O ═ 2Ag + Zn（OH）₂，下列叙述，正确的是

A．在放电过程中，Ag2O为负极

B．在放电过程中，电池负极区溶液pH减小

C．在放电过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn

D．放电时，Ag2O电极发生氧化反应，Zn极发生还原反应

请仔细观察下列三种装置的构造示意图。根据要求回答问题：

（1）电解精炼铜（如图1）时，b极材料是________(填“纯铜”或“粗铜”)；其电解质溶液能否用CuCl₂替代？答：________（“能”或“否”）。
（2）碱性锌锰电池（如图2）的总反应式为Zn＋2MnO₂＋2H₂O===2MnOOH＋Zn(OH)₂，该电池的负极反应式为______________________。若有0.65g锌参与了电池反应，则转移电子的物质的量为           mol。
（3）铅－硫酸蓄电池（如图3）放电过程中，负极的电极反应式为                   ，充电时，Pb电极应接电源的______极（填“正极”或“负极”)。

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：

下列叙述错误的是：

A．放电时正极附近溶液的碱性增强

B．放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4被还原

C．充电时锌极与外电源负极相连

D．充电时阳极反应为：Fe(OH)3— 3e^－+ H2OFeO4^2-+5H^+

(10分)甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇：CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH (g)
（1）下图表示反应中能量的变化。

①此反应的ΔH=___________。
②已知CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g) △H=" +" 41.3kJ·mol^－1，试写出由CO₂和H₂制取甲醇的热化学方程式                            。
（2）一种新型燃料电池，是用两根金属铂做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入CH₃OH和O₂。装置图如下所示：

①经测定，电子流动方向由b到a，则甲醇从_______(填“A”或“B”)口通入，该极的电极反应式为___________________。
②该电池工作一段时间后，正极附近的碱性____(填“增强”、“减弱”或“不变”)。
③用该电池电解(惰性电极)硝酸银溶液时，每消耗32 g CH₃OH，生成银的质量为___ g。