高中化学化学电源新型电池试题

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。
关于该电池的说法正确的是

A．放电时，Zn作负极，发生还原反应

B．放电时，K2FeO4附近溶液pH减小

C．充电时，锌极附近溶液pH减小

D．充电时，阳极电极反应为：Fe(OH)3－3e^－＋5OH^－===FeO4^2-＋4H2O

．减少污染、保护环境是全世界最热门的课题。
（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H₂(g)＋1/2O₂(g)==H₂O(g) ΔH₁＝-241.8 kJ·mol^－1
C(s)＋1/2O₂(g)===CO(g)      ΔH₂＝－110.5 kJ·mol^－1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为                          。
②洗涤含SO₂的烟气。以下物质可作洗涤剂的是    （填序号）：
a．Ca(OH)₂      b．CaCl₂         c．Na₂CO₃       d．NaHSO₃
（2）CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。在密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。

①M、N两点平衡状态下，容器中总物质的物质的量之比为：n(M)_总：n(N)_总=　　 　　　。
②若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为　　   。
（3）催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
①催化硝化法中，用H₂将NO还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性
明显增强。则该反应离子方程式为               。
②电化学降解NO的原理如图所示，电源正极为    （填“a”或“b”）；
若总反应为4NO₃^-+4H⁺通电5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，则阴极反应式为          。

铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：
Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-2PbSO₄+2H₂O
请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：
（1）放电时：正极的电极反应式是________________；电解液中H₂SO₄的浓度将变________；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g
（2）在完全放电耗尽PbO₂和Pb时，若按图连接

则电解一段时间后，在A电极上生成________、B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________

查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中,理论上乙醇可以被完全氧化为CO₂，但实际乙醇被氧化为X，其中一个电极的反应式为：CH₃CH₂OH－2e^-→X+2H⁺。下列说法中正确的是

A．电池总反应为：2CH3CH2OH+O2→2CH3CHO+2H2O

B．另一极的电极反应式为：O2 + 4e^-+ 2H2O = 4OH^-

C．乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极

D．电池内部H^+由正极向负极移动

硫酸铅（PbSO₄）广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿（PbS）直接制备硫酸铅粉末的流程如下：

已知：（ⅰ）PbCl₂（s）+2Cl^－(aq)PbCl₄^-(aq) △H＞0
（ⅱ）K_sp(PbSO₄)=1.08×10^-8, K_sp(PbCl₂)=1.6×10^-5
（ⅲ）Fe^3＋、Pb^2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH值分别为3.2、7.04
（1）步骤Ⅰ中生成PbCl₂和S的离子方程式                               ，加入盐酸的另一个目的是为了控制PH值在0.5～1.0，原因是                                     。
（2）用化学平衡移动的原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因                       。
（3）写出PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀的离子方程式                           。
（4）请用离子方程式解释滤液2加入H₂O₂可循环利用的原因                         ，滤液3是               。
（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的  PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，充电时阴极的电极反应式为                      。

汽车尾气是城市空气的主要污染物之一，其主要有害成分是CO、氮氧化物（NOx）等。
（1）NOx产生的原因之一是汽车发动机工作时引发N₂和O₂反应，其能量变化值如右图所示，

则：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H=　　  。
（2）汽车尾气中CO、NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。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一。

① NO与CO混存时，相互反应的化学方程式为                              。
② 1000K，n(NO)/n(CO)=5:4时，NO的转化率为75%，则CO的转化率约为       。
③ 由于n(NO)/n(CO)在实际过程中是不断变化的，保证NO转化率较高的措施是将温度大约控制在              K之间。
（3）汽车尾气中NO_x有望通过燃料电池实现转化。已经有人以 NO₂、O₂和熔融NaNO₃制成了燃料电池，其原理如图二。
① 图中石墨Ⅱ为电池的             极。
② 在该电池使用过程中，石墨I电极上的产物是氧化物Y，其电极反应式为      。
（4）甲醇也可用于燃料电池。工业上采用反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH<0合成甲醇。
① 在恒容密闭反应器中，H₂的平衡转化率与温度、压强的关
系如图三所示，则A、B、C三点处对应平衡常数(K_A、K_B、K_C)的
大小关系为        。

② 某高温下，将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生
反应，达到平衡后测得c(CO₂)=2.0mol·L^-1，则该温度下反应的平
衡常数值为      。

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）都是高效清洁能源。工业上利用煤的气化产物（水煤气）合成甲醇和二甲醚。回答下列问题：
（1）制备二甲醚最后一步反应由Al₂O₃催化甲醇脱水合成，反应方程式为                      。
（2）已知：CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH (g)  △H= —90.1kJ·mol^-1 CO(g)的燃烧热是282.8 kJ·mol^-1；H₂的燃烧热是285.8 kJ·mol^-1写出表示CH₃OH (g) 燃烧热的热化学反应方程式                                。
（3）二甲醚直接燃料电池比甲醇直接燃料电池更高效，等质量的二甲醚和甲醇完全放电转移电子的物质的量之比是          。用二甲醚直接燃料电池电解足量饱和食盐水，当消耗9.2g二甲醚时理论上阴极产生的气体的体积为        L。（标况下）
（4）在合成中伴有水煤气交换反应：CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)，等物质的量的CO(g)和H₂O(g)加入密闭容器中反应，平衡时测得结果如下表。

温度	260℃	280℃	295℃	310℃
CO转化率	89%	80%	75%	60%

①请解释CO转化率随温度变化的关系                                        。
②列式计算280℃时平衡常数                          。
③若平衡体系中，测得H₂的压强占总压的30%，要使体系中CO转化率达到70%，应该使温度             （填“升高”、“降低”、“不变”）

明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O] 在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化；造纸工业上作施胶剂；食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料——铝灰（含Al 、 Al₂O₃及少量SiO₂和FeO ·xFe₂O₃）可制备明矾。工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）明矾净水的原理是（用离子方程表示）                 
（2）操作Ⅰ是        ，操作Ⅱ是蒸发浓缩、         、过滤、          干燥。
（3）检验滤液A中是否存在Fe²⁺的方法是                     （只用一种试剂）
（4）在滤液A中加入高锰酸钾的目的是            ，发生反应的离子方程式为（该条件下Fe²⁺转化为Fe³⁺，MnO₄^- 转化为Mn²⁺）                          。
已知：生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示

	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
开始沉淀时	3.4	6.3	1.5
完全沉淀时	4.7	8.3	2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L^-1
根据表中数据解释调pH=3的目的                                               。
（5）己知:在pH=3、加热条件下，MnO₄^- 可与Mn²⁺反应生成MnO₂。加入MnSO₄发生反应的离子方程式为：                                    。滤渣2含有的物质是                                。
（6）以Al和NiO(OH)为电极，KOH溶液为电解液可组成新型、高效电池，充放电过程中，发生Ni(OH)₂与NiO(OH)之间的转化，写出放电时电池反应的化学方程式            。

高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂。其生产工艺如下：

已知：①  2KOH + Cl₂ =" KCl" + KClO + H₂O（条件：温度较低）
②  6KOH + 3Cl₂ =" 5KCl" + KClO₃ + 3H₂O（条件：温度较高）
③  2Fe(NO₃)₃ + 2KClO + 10KOH = 2K₂FeO₄ + 6KNO₃ + 3KCl + 5H₂O
回答下列问题：
（1）该生产工艺应在             （填“温度较高”或“温度较低”）的情况下进行；
（2）写出工业上制取Cl₂的化学方程式                                   ；
（3）K₂FeO₄可作为新型多功能水处理剂的原因                            ；
（4）与MnO_{2 —} Zn电池类似，K₂FeO_{4 —} Zn也可以组成碱性电池，K₂FeO₄在电池中作为正极材料，其电极反应式为________，该电池总反应的离子方程式为_____。
（5）在“反应液I ”中加KOH固体的目的是①            ，②               ；
（6）从“反应液II ”中分离出K₂FeO₄后，副产品是              （写化学式）。

某矿石中除含SiO₂外，还有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084 % CaO，从该矿石中提取钴的主要工艺流程如下：
    
（1）在一定浓度的H₂SO₄溶液中，钴的浸出率随时间、温度的变化如右图所示。考虑生产成本和效率，最佳的浸出时间为        小时，最佳的浸出温度为         ℃。
（2）请配平下列除铁的化学方程式：
Fe₂(SO₄)₃+ H₂O+ Na₂CO₃= Na₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂↓+  Na₂SO₄+  CO₂↑   
（3）“除钙、镁”的原理反应如下：MgSO₄+2NaF=MgF₂↓+Na₂SO₄； CaSO₄+2NaF=CaF₂↓+Na₂SO₄。已知K_SP(CaF₂)=1.11×10^-10、K_SP(MgF₂)=7.40×10^-11，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中的c(Ca²⁺)/c(Mg²⁺)=           。
（4）“沉淀”中含杂质离子主要有                    ；“操作X”名称为             。
（5）某锂离子电池正极是LiCoO₂，含Li⁺导电固体为电解质。充电时，Li⁺还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6(C₆)中，电池反应为LiCoO₂+ C₆CoO₂+ LiC₆。LiC₆中Li的化合价为     价。若放电时有1mole^－转移，正极质量增加   g。

为回收利用废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

   回答下列问题：
⑴工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，写出该反应的化学方程式             。
⑵图中所示滤液中含钒的主要成分为      （写化学式）。
⑶该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式             ；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度。根据下图判断最佳控制氯化铵系数和温度为       、       。

⑷用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，完成反应的离子方程式为□VO₂⁺＋□H₂C₂O₄＋□_____＝□VO²⁺＋□CO₂↑＋□H₂O。
⑸全矾液流电池的电解质溶液为VOSO₄溶液，电池的工作原理为VO₂⁺＋V²⁺＋2H⁺ VO²⁺＋H₂O＋V³⁺，电池充电时阳极的电极反应式为          。

运用化学反应原理分析解答以下问题
（1）已知： ①CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)              △Hl= －91kJ·mol^－l
②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H2= －24 kJ·mol^－l                ③CO(g) +H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)       △H3= －41 kJ·mol^－l
且三个反应的平衡常数依次为K₁、K₂、K₃
    则反应 3CO(g) +3H₂(g)       CH₃OCH₃(g) +CO₂(g) △H=               .
化学平衡常数K=        （用含K₁、K₂、K₃的代数式表示）。
（2）一定条件下，若将体积比为1:2的CO和H₂气体通入体积一定的密闭容器中发生反应
         3CO(g) +3H₂(g)      CH₃OCH₃(g) +CO₂(g)，下列能说明反应达到平衡状态是         。
a．体系压强保持不变    B．混合气体密度保持不变
c． CO和H2的物质的量保持不变       d．CO的消耗速度等于CO₂的生成速率
（3）氨气溶于水得到氨水。在25℃下，将x mol．L^－l的氨水与y mol．L^－1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，则c(NH₄⁺)____c（Cl^－）（填“>”、“<”、“=”）；用含x和y的代数式表示出氨水的电离平衡常数             .
（4）科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置用铂黑作电极、加入电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入NH₃。其电池反应式为：4NH₃+3O₂ = 2N₂+6H₂O，电解质溶液应显           （填“酸性”、“中性”、“碱性”），
写出正极的电极反应方程式                .

有人设计出利用CH₄和O₂的反应，用铂电极在KOH溶液中构成燃料电池。电池的总反应类似于CH₄在O₂中燃烧，则下列说法正确的是

A．每消耗1molCH4可以向外电路转移4mol电子

B．负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4+10OH^—=CO3^2—+7H2O+8e^—

C．负极上是O2获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e^—=4OH^—

D．电池放电后，溶液pH不断升高

已知；①Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝a kJ·mol^－1，平衡常数为K；
②Fe₂O₃(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO₂(g)　ΔH＝b kJ·mol^－1。
测得在不同温度下，K值如下：

温度/℃	500	700	900
K	1.00	1.47	2．40

（1）反应①为__________(选填“吸热”或“放热”)反应。
（2）若500 ℃时进行反应①，CO₂的起始浓度为2 mol·L^－1，CO的平衡浓度为      。
（3）下列关于反应①的说法正确的是           。
A．达到平衡后保持其他条件不变，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动
B． 在500 ℃下反应，当c(CO₂)=c(CO)时，反应达到平衡状态
C．恒温恒容下，当容器内气体密度不再变化时，反应达到平衡状态
D．加压、升温和使用催化剂均可增大反应物的转化率
（4）由已知反应，写出Fe₂O₃(s)被CO(g)还原成FeO(s)的热化学方程式              。
（5）室温时在FeCl₃溶液中滴加NaOH溶液，当溶液pH为2．7时，Fe^3＋开始沉淀；当溶液pH为4时，c(Fe^3＋)＝__________mol·L^－1(已知：K_sp[Fe(OH)₃]＝4．0×10^－36)。
（6）新型锌空电池与锂电池相比，具有能量密度高、安全性好且成本低。该电池的总反应为2Zn+O₂===2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为_______。
若以该电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液，为保证阴极有6．4g铜析出，理论上至少需要标准状况下　　　   L空气(空气中含氧气按20%计算)进入该电池。

一种使用阴离子交换膜（只也许阴离子通过）的铜锌电池结构如下图：

以下选项两栏内容正确且相关联的是

选项	操作与现象	解释与推论
A	电池放电时化学能转化为电能	Zn(s) + Cu^2+(aq) = Zn^2++ Cu(s)   △H＞0
B	该电池充电时铜棒变细	两电极区溶液颜色都变深
C	该电池放电时铜棒是电池正极	Cl^-通过交换膜从左（铜棒区）向右（锌棒区）移动
D	该电池充电时a接电源正极	电极反应Cu^2++2e^- = Cu