高中化学化学电源新型电池试题

(16分)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，

请回答：
（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是　              　，在导线中电子流动方向为　　      　（用a、b 表示）。
（2）负极反应式为　　　　　         　　　。
（3）电极表面镀铂粉的原因为　　　        　　
（4）该电池工作时，H₂和O₂连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li+H₂="2LiH         " Ⅱ.LiH+H₂O==LiOH+H₂↑
①反应Ⅰ中的还原剂是　　　　　，反应Ⅱ中的氧化剂是　　　　　。
②已知LiH固体密度为0.82g/cm³。用锂吸收224L（标准状况）H₂，生成的LiH体积与被吸收的H₂体积比为　　　　　　　　。
③由②生成的LiH与H₂O作用放出的H₂用作电池燃料，若能量转化率为80％，则导线中通过电子的物质的量为　　   　　　mol。

Ⅰ、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＋8H₂O 3Zn(OH)₂＋2Fe(OH)₃＋4KOH
（1） 放电时正极附近溶液的碱性        （填增强、减小或不变）；放电时每转移3 mol 电子，有      molK₂FeO₄被     （填氧化或还原）
（2）电池充电时阳极反应为                        
Ⅱ、下列框图中，A由两种黑色金属氧化物等物质的量混合而成，B中含有四种阳离子．据此回答下列问题：

（1）A的组成是(填化学式)          
（2）相同条件下，溶液B中所有阳离子的氧化性由强到弱的顺序依次是                 
（3）A中某组分可由单质与水反应制得，化学方程式为：                   
（4）电解所用装置如右图所示
电解开始阶段，阳极上的电极反应是                 
电解至阴极刚开始有固体R析出时，该溶液中金属离子浓度由大到小的顺序是            

关于铜锌原电池和电解CuCl₂溶液的装置（如右图），下列说法正确的是　　　　　  　

A．锌是负极，铜片上有气泡产生，电流从锌片经导线流向铜片

B．铜片质量逐渐减少，氢离子在铜片表面被还原

C．d为阳极，电极反应为：2Cl^—－2e^—=Cl2↑

D．电解过程中， d电极质量增加

CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H="-890.3" kJ·mol^－1
CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H="2.8" kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H="-566.0" kJ·mol^－1
反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H=            。
（2）为探究用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验： 在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）  CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=" -" 49.0kJ/mol。测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率
v（H₂）=            mol/（L·min）
②该反应的平衡常数表达式为               ，升高温度，平衡常数的数值将       （填“增大”、“减小”或“不变”）。
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是         。

A．升高温度

B．充入He（g），使体系压强增大

C．将H2O（g）从体系中分离

D．再充入1molCO2和3molH2

④在25℃、101kPa下，1g液态甲醇燃烧生成CO₂和液态水时放热22.68kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为________________________。
⑤我们常用的一种甲醇燃料电池，是以甲醇与氧气的反应为原理设计的，其电解质溶液是KOH溶液。写出该电池负极的电极反应式__________________________。

燃料电池是利用燃料（如CO、H₂、CH₄等）与氧气反应，将反应产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。
（1）完成下列关于甲烷（CH₄）燃料电池的填空：
①甲烷与氧气反应的化学方程式为：_________________
②已知燃料电池的总反应式为CH₄+2O₂+2KOH==K₂CO₃+3H₂O，电池中有一极的电极反应为CH₄+10OH^--8e^-="=" CO₃^2-+7H₂O，这个电极是燃料电池的     （填“正极”或“负极”），另一个电极上的电极反应式为：           
③随着电池不断放电，电解质溶液的碱性         （填“增大”、“减小”或“不变”）
④通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率        （填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃烧的能量利用率。
（2）据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA）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，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO₂被充分吸收生成CO₃^2－
①该电池反应的总离子方程式为____________________________
②甲醇在____极发生反应（填正或负），电池在放电过程中溶液的pH将____（填降低或上升、不变）；

镁是一种重要的金属资源，工业上制取镁单质主要是电解法。
（1）电解法制取镁单质的反应方程式是：______________________________。
（2）电解原料无水氯化镁可由海水制备。主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩冷却结晶。
其步骤先后顺序是__________________________________；（每步骤可重复使用）
（3）上述步骤①中“一定条件下”具体是指：_______________________________，
其目的是___________________________________________。
（4）已知某温度下Mg(OH)₂的K_sp＝6.4×l0⁻¹²，当溶液中c(Mg²⁺)≤1.0×10⁻⁵mol·L⁻¹可视为沉淀完全，则此温度下应保持溶液中c(OH^－)≥_________________ mol·L⁻¹。
（5）饱和NH₄Cl溶液滴入少量的Mg(OH)₂悬浊液中，看到的现象是___________。反应原理可能有两方面，请分别用离子方程式表示：
①________________________________________________；
②________________________________________________。
要验证①②谁是Mg(OH)₂溶解的主要原因，可选取________代替NH₄Cl溶液作对照实验。
A．NH₄NO₃       B．(NH₄)₂SO₄     C．CH₃COONH₄      D．NH₄HCO₃
（6）镁电池是近年来科学技术研究的热点之一。一种“镁—次氯酸盐”电池的总反应为：
Mg + ClO^- + H₂O ="=" Mg(OH)₂ + Cl^- 。其工作时正极的电极反应式：_________________；用此镁电池给铅蓄电池充电，下列说法中正确的是______________________________。
A．镁电池正极与铅蓄电池正极相连
B．电子从Pb电极转移到镁电池负极
C．充电后，铅蓄电池两极质量均减小，理论上镁电池消耗24 g Mg，阴、阳极的质量变化之比为3︰2
D．充电后，镁电池和铅蓄电池的pH均增大

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。最早用于有机废水处理，下图是利用微生物燃料电池处理含甲醛废水的装置，其中3是质子交换膜，下列有关说法不正确的是

A．负极发生的反应为：HCHO-4e^-+H₂O=CO₂+4H⁺
B．负极所在的左室中需保持厌氧环境
C．O2参与正极反应，发生还原反应
D．NH₄⁺通过循环操作最终被转化成N₂

化学电源在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为：
Cd+2NiO(OH)+2H₂O2Ni(OH)₂+Cd(OH)₂，已知Ni(OH)₂和Cd(OH)₂均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是            （填序号）
①以上反应不是可逆反应
②电解质溶液为硫酸
③充电时化学能转变为电能
④放电时镉（Cd）为负极，发生还原反应
⑤放电时正极区pH升高
（2）氢氧燃料电池突出优点是把化学能直接转化为电能，而不经过热能中间形成，发生的反应为：
则负极反应式为___   _________。一段时间后，KOH溶液的浓度           (“变大”、“变小”或“不变”）
（3）在用惰性电极电解水制取H₂和O₂时，为了增强导电性，常常要加入一些电解质，下列物质中不能选用的是          （填序号）

A．NaOH

B．H2SO4

C．Na2SO4

D．CuSO4

随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车届的“新宠”。特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂（LiCoO₂）电池，其工作原理如图，A 极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li⁺的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应式Li_xC₆+Li_1﹣xCoOC₆+LiCoO₂。下列说法不正确的是

A．据题意分析可知该隔膜只允许Li^+通过，放电时 Li^+从左边流向右边

B．充电时，A为阴极，发生还原反应

C．放电时，B为正极，电极反应式为：Li1﹣xCoO2+xLi^++xe^﹣=LiCoO2

D．废旧钴酸锂（LiCoO2）电池进行“放电处理”让Li^+进入石墨中而有利于回收

（本题16分）．哥本哈根气候变化峰会自2009年12月7日开幕以来，就被冠以“有史以来最重要的会议”、“改变地球命运的会议”等各种重量级头衔。纵然世界各国仍就减排问题进行着艰苦的角力，但低碳这个概念几乎得到了广泛认同。中国慈善首富陈光标2010年11月5号创作的低碳之歌——《让我们再回到从前》让低碳概念融入到每个人的生活之中，减碳是每个人的责任。新能源开发中的燃料电池是低碳研究的重要领域。
（1）可燃性的有机物和氧气在理论上都可以作为燃料电池中的反应物，现以C_xH_yO_z表示燃料电池中的有机反应物，O₂为正极反应物，40%的KOH溶液为电解质溶液，请写出C_xH_yO_z-O₂-KOH燃料电池的负极的电极反应式：                      。
（2）日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池（DDFC），该电池有较高的安全性。电池总反应为：CH₃OCH₃ +3O₂＝2CO₂ +3H₂O ，电池示意如图,下列说法不正确的是：
 
A．a极为电池的负极
B．电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极
C．电池正极的电极反应为：O₂ +2H₂O+ 4e^— = 4OH^—
D．电池工作时,1mol二甲醚被氧化时有6mol电子转移
（3）若用C₃H₈-O₂-KOH构成燃料电池，当有11克丙烷在电池的负极完全反应，则在电池的外电路上转移的电子的物质的量为   mol；此过程中放出的总能量为A KJ,并已知1molCO₂与足量KOH溶液反应放出的热量为B KJ。写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式。                                     。
（4）将一定数量的C₃H₈-O₂-KOH燃料电池按一定方式进行串联或者并联组成电池组以满足电解需要的电压。现用该电池组电解500mL某CuSO₄的稀溶液，电解后的溶液需要加入98克Cu(OH）₂才能使溶液恢复到原硫酸铜溶液的浓度和质量。若忽略电池组在电解过程中的能量损失，其能量全部用来电解CuSO₄溶液，计算：
①原CuSO₄的溶液的浓度。
②该电池组消耗的丙烷在标准状况时的体积。

镁电池毒性低、污染小，电压高而平稳，它逐渐成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁电池的反应原理为：。下列说法不正确的是

A．放电时，Mo3S4发生氧化反应

B．放电时，正极反应式：Mo3S4+2xe^-→Mo3S4^2x-

C．充电时，Mg^2+向阴极迁移

D．充电时，阴极反应式：xMg^2++2xe^-→xMg

（1）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-。电池工作时正极反应式为                    。
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100 mL含有如下离子的溶液。

离子	Cu^2+	H^+	Cl^-	SO4^2-
c/mol·L^-1	1	4	4	1

电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气标况下的体积为       L。
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用右图装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式                      ；
②除去甲醇的离子反应为                                        ，该过程中被氧化的元素是_____     ，当产生标准状况下2.24 L CO₂时，共转移电子    mol。

V、W、X、Y、Z是原子序数依次递减的五种常见元素。X元素是地壳中含量最多的元素，Y、Z组成气态化合物M的水溶液呈碱性，W的单质在X₂中燃烧的产物可使品红溶液褪色，V是一种历史悠久，应用广泛的金属元素。请回答：
（1）Y元素在周期表中的位置是               ；写出X、Z两种元素组成的一种化合物的一种用途                           。
（2）由以上五种元素两两组合所形成的化合物中，有一种物质能与水反应生成气体且属于氧化还原反应，请写出该反应的化学方程式                       。
（3）X、Y、Z三种元素可组成一种强酸U，M在适当条件下被U吸收生成一种盐。常温下该盐的水溶液的pH        7（填“大于”、“小于”或“等于”）。
（4）W（s）+O₂（g）    WO₂（g）；H₁  W（g）+O₂（g）   WO₂（g）；H₂
则H_l            （填“＞”或“＜”或“=”）H₂。
（5）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以Y₂、Z₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，试写出该电池的正极反应式                 ；放电时溶液中H⁺移向      （填“正”或“负”）极。
（6）若将V金属投入到硫酸溶液中，生成了浅绿色溶液N。写出N的溶液与K₂Cr₂O₇酸性溶液反应的离子方程式：                                        。

新型NaBH₄—H₂O₂燃料电池(DBFC)的结构如图所示（已知．NaBH₄中氢为-1价），有关该电池的说法不正确的是

A．放电过程中．Na^＋从A极区向B极区迁移
B．电极B材料中含MnO₂层，MnO₂起导电作用
C．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol/LH₂O₂溶液，理论上流过电路中的电子为12 N_A
D．电池负极区的电极反应为BH₄^—+8OH^——8e^—=BO₂^—+6H₂O

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