高中化学化学电源新型电池试题

将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池。已知，通入 CH₄的一极，其电极反应式是CH₄＋10OH^－－8e^－===CO₃^2-＋7H₂O；通入O₂的另一极，其电极反应式是2O₂＋4H₂O＋8e^－===8OH^－。下列叙述不正确的是

A．正极发生还原反应

B．通入CH4的电极为负极

C．该电池使用一段时间后应补充KOH

D．燃料电池工作时，溶液中的OH^－向正极移动

如图所示装置Ⅰ是一种可充电池，装置Ⅱ为电解池，离子交换膜只允许Na⁺通过，充放电的化学方程式为Na₂S₄+3NaBr2Na₂S₂+NaBr₃．闭合开关K时，b极附近先变红色．下列说法正确的是（ ）

A．负极反应为4Na-4e^-═4Na^+

B．闭合K后，b电极附近的pH变小

C．当有0.01mol Na^+通过离子交换膜时，b电极上析出标准状况下的气体112mL

D．闭合K后，a电极上产生的气体具有漂白性

(14分)氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用。
（1）某课外学习小组欲制备少量NO气体，写出铁粉与足量稀硝酸反应制备NO的离子方程式：     。
（2）LiFePO₄是一种新型动力锂电池的电极材料。
①下图为某LiFePO₄电池充、放电时正极局部放大示意图，写出该电池放电时正极反应方程式：     。

②将LiOH、FePO₄·2H₂O（米白色固体）与还原剂葡萄糖按一定计量数混合，在N₂中高温焙烧可制得锂电池正极材料LiFePO₄。焙烧过程中N₂的作用是     ；实验室中以Fe³⁺为原料制得的FePO₄·2H₂O有时显红褐色，FePO₄·2H₂O中混有的杂质可能为     。
（3）磷及部分重要化合物的相互转化如图所示。

①步骤Ⅰ为白磷的工业生产方法之一，反应在1300℃的高温炉中进行，其中SiO₂的作用是用于造渣（CaSiO₃），焦炭的作用是     。
②不慎将白磷沾到皮肤上，可用0.2mol/L CuSO₄溶液冲洗，根据步骤Ⅱ可判断，1mol   CuSO₄所能氧化的白磷的物质的量为     。
③步骤Ⅲ中，反应物的比例不同可获得不同的产物，除Ca₃(PO₄)₂外可能的产物还有     。

下表是元素周期表的一部分，所列字母分别代表一种元素。

A

B

C

D

E

F

G

H

M

N

P

（1）M元素基态原子外围电子排布式为                 ；
（2）下列有关说法正确的是     （填序号）；
①B、C、D元素的电负性逐渐增大
②F、G、H元素的第一电离能逐渐增大
③B、G、P三种元素分别位于元素周期表的p、s、d 区
④F、G分别与E组成的物质的晶格能，前者比后者低
⑤A、B和D以原子个数比2：1：1构成的最简单化合物分子中σ键和π键的个数比为3：1
（3）与C的最简单氢化物互为等电子体的离子是   （填化学式）,写出该离子与其等电子的阴离子反应的离子方程式             ；
（4）煤矿瓦斯气体（主要成分为BA₄）探测仪是以燃料电池为工作原理，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动；

①负极的电极反应式为：                                ；
②正极的电极反应为：                                ；
③传感器中通过的电流越大，表明BA₄的浓度越                。
（5）已知G和稀硝酸反应，还原产物为C₂D气体，若硝酸浓度再稀，则还原产物为CA₃，并与过量的硝酸反应生成CA₄CD₃。现将9.6g G与1L1.10mol/L的稀硝酸(过量)充分反应，收集到aL气体（标准状况），同时测得溶液中c(CA₄⁺)=0.08mol/L(假设反应前后溶液体积不变)。
①a＝         L。②反应后溶液pH=       。

LiFePO₄电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点。某电极的工作原理如左下图所示，该电池电解质为能传导 Li⁺的固体材料。

（1） 放电时，该电极为_____极，电极反应为__________________________
（2） 充电时该电极连接外接电源的______极
（3） 放电时，电池负极的质量_______(减少、增加、不变)
（4） LiOH可做制备锂离子电池电极的材料，利用如右上图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。阴极区电解液为__________溶液（填化学式），离子交换膜应使用__________(阳、阴)离子交换膜。

(12分)研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。
（1）I₂O₅可使H₂S、CO、HC1等氧化，常用于定量测定CO的含量。已知：
2I₂(s) + 5O₂(g)= 2I₂O₅(s)    △H=－75.56 kJ·mol^－1
2CO(g) + O₂(g)= 2CO₂(g)    △H=－566.0 kJ·mol^－1
写出CO(g)与I₂O₅(s)反应生成I₂(s)和CO₂(g)的热化学方程式：                              。
（2）一定条件下，NO₂与SO₂反应生成SO₃和NO两种气体。将体积比为1∶2的NO₂、SO₂气体置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是        。
a．体系压强保持不变            
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变   
d．每消耗1 mol SO₂的同时生成1 molNO
（3）新型氨法烟气脱硫技术的化学原理是采用氨水吸收烟气中的SO₂，再用一定量的磷酸与上述吸收产物反应。该技术的优点除了能回收利用SO₂外，还能得到一种复合肥料，该复合肥料可能的化学式为                        。（写出一种即可）。
（4）下图是一种碳酸盐燃料电池（MCFC），以水煤气（CO、H₂）为燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质。写出B极电极反应式          。

（5）工业上常用Na₂CO₃溶液吸收法处理氮的氧化物（以NO和NO₂的   混合物为例）。
已知：NO + NO₂ + Na₂CO₃ = 2NaNO₂ + CO₂
2NO₂ + Na₂CO₃ = NaNO₂ + NaNO₃ + CO₂   
NO不能与Na₂CO₃溶液反应。
①用足量的Na₂CO₃溶液完全吸收NO和NO₂的混合物，每产生22.4L（标准状况）CO₂（全部逸出）时，吸收液质量就增加44g，则混合气体中NO和NO₂的体积比为           。
②你认为Na₂CO₃吸收法处理氮氧化物存在的缺点是                               。

新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH₃COO)₂Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。
方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：

请回答下列问题：
（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是            。
（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有     、       、      （填化学式）生成。
（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为          。
（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：                。
（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为                         。

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．已知反应Fe₂O₃（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO₂（g）△H=﹣23.5kJ•mol^﹣1，该反应在1000℃的平衡常数等于64。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
Ⅱ．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Q1kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ热量

则下列关系正确的是（      ）
A．c₁=c₂      B．2Q₁=Q₃       C．2α₁=α₃      D．α₁+α₂=1
Ⅲ．以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，图三是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图．回答下列问题：
（1）B极上的电极反应式为              
（2）若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为          （标况下）。

可用于电动车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2+2H2O+4e^-=4OH^-

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al+3OH^--3e^-=Al（OH）3↓

C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变

D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

根据化学反应与能量转化的相关知识，试回答下列问题：
（1）已知：白磷黑磷，黑磷比白磷稳定，结构与石墨相似，下图能正确表示该反应中能量变化的是________（填序号）。

（2）已知：在25 ℃、101 kPa时，8 g CH₄完全燃烧生成液态水时放出的热量是445.15 kJ，则CH₄燃烧的热化学方程式是                。
（3）已知：氢氧燃料电池的总反应方程式为2H₂+O₂==2H₂O。其中，氢气在       （填“正”或“负”）极反应，在碱性条件下，电极反应式为                     。电路中每转移0.2mol电子，标准状况下消耗H₂的体积是________L。

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电电池，RFC工作原理见图。下列有关说法正确的是

A．转移0．1mol电子时，a电极产生标准状况下O2 1．12L

B．b电极上发生的电极反应是：2H2O+2e^－＝H2↑+2OH^－

C．c电极上进行还原反应，B池中的H^+可以通过隔膜进入A池

D．d电极上发生的电极反应是：O2+4H^＋+4e^－＝2H2O

如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图。M、N两电极的质量相同，其中一个为银电极一个为铁电极。

（1）写出通入甲烷的铂电极上的电极反应式为__________________________。 
（2）若一段时间后M与N两电极的总质量不变，则N电极是             。此时两电极质量差为5.4g，甲池中理论上消耗氧气          mL(标准状况)
（3）若一段时间后M与N两电极的总质量增加4g，N电极质量变化为________克。

一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol 电子

B．电池工作时，CO3^2^－向电极B移动

C．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e^－=2CO3^2^－

D．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH^－－2e^－=2H2O

工业上将煤气化过程中生成的CO和H₂在一定条件下反应制得甲醇，反应的方程式为：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浓度变化表示的平均反应速率v(H₂) =____   ；平衡时CO的转化率为____          。
（2）该反应的平衡常数表达式为              ；若升高反应温度，该反应的平衡常数将    （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）若在一定温度下，向一恒压容器中充人1 mol CO、2mol H₂和1 mol CH₃OH，反应达到平衡时，测得混合气体的密度是同温同压下起始混合气体密度的0.8倍，则到达平衡状态前该反应向____    （填“正”或“逆”）反应方向进行。
（4）根据图二，甲醇分解的热化学方程式为               。
（5）若以甲醇为原料制成燃料电池，在碱性介质中负极的电极反应式为____      。

铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，工作原理为
Fe³⁺+Cr²⁺Fe²⁺+Cr³⁺．下列说法一定正确的是（ ）

A．氧化性：Cr^3+＞Fe^3+

B．电池放电时，负极的电极反应式为Fe^2+﹣e﹣═Fe^3+

C．充电时，阴极的电极反应式为Cr^3++e﹣═Cr^2+

D．电池放电时，Cl^﹣从负极室穿过选择性透过膜移向正极室