高中化学化学电源新型电池试题

某种熔融碳酸盐燃料电池以Li₂CO₃、K₂CO₃为电解质、以CH₄为燃料时，该电池工作原理见下图。下列说法正确的是

A．此电池在常温时也能工作

B．正极电极反应式为：O2+2CO2+4e^﹣=2CO3^2^﹣

C．CO3^2^﹣向正极移动

D．a为CH4，b为CO2

镁是海水中含量较多的金属，镁合金及其镁的化合物用途非常广泛。
（1）“镁-次氯酸盐”燃料电池的装置如下图所示：

该电池的正极反应式为                                  。
（2）Mg₂Ni是一种储氢合金，已知：
Mg(s) + H₂(g)MgH₂(s)            △H₁＝－74．5kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s) + 2H₂(g)Mg₂NiH₄(s)      △H₂＝－64．4kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2MgH₂(s)2Mg(s)+Mg₂NiH₄(s)的△H₃＝          。
（3）一种用水氯镁石(主要成分为MgCl₂·6H₂O)制备金属镁工艺的关键流程如下：

①为探究MgCl₂•6H₂O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl₂•6H₂O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X-射线衍射谱图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在)。

测得E中Mg元素质量分数为60．0%，则E的化学式为       。
②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为                  。
（4）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110~200°C的反应为：Mg(AlH₄)₂MgH₂ +2A1+3H₂↑每生成27gAl转移电子的物质的量为_______________。

（1 6分）钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO₂、
Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下：

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有       
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是       （写化学式）。
（3）反应④的离子方程式为       
（4）250C、101 kPa时,
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是      。
（5）钒液流电池（如图所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为      ，电池充电时阳极的电极反应式是             。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2 VO₂⁺+ H₂C₂O₄+2 H⁺="2" VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O，取25.00 mL 0.1000 mol/L H₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0 mL，由此可知，该(V0₂)₂S0₄溶液中钒的含量为         g/L。

(16分)天然气在生产、生活中具有广泛的应用。
（1）CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) △H="-162" kJ·mol^-1。其他条件相同，实验测得在T₁和P_l与T₂和P₂条件下该反应的H₂平衡转化率相同，若T₁> T₂、则P_l ____P₂ (填“>”“<”或“=”)，平衡常数K_{1______}K₂(填“>” “<”或“=”)。
（2）另一合成CH₄的原理：CO(g)+3H₂(g)CH₄(g)+H₂O(g)。某温度时将0．1molCO和0.3mol H₂充入10L的密闭容器内，l0min时达平衡。测得10min内v(CO)= 0．0009mol·L^-1·min^-1，则H₂的平衡转化率为______，该温度下反应的平衡常数为___________mol^-2·L²。
（3）某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理，设计如图所示的装置。已知甲池的总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，乙池中盛有1L lmo1·L^-1CuSO₄溶液。a电极通入的气体为CH₄，其电极反应式是______，b电极的现象为______。一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1，则在这段时间内转移电子的物质的量为________mol。

(17分)金属作为一种能源受到越来越多的关注。
（1）起始阶段，金属主要作为燃料的添加剂。如航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵混合物作为固体燃料，加热铝粉使其氧化并放出大量热量，促使混合物中另一种燃料分解：4NH₄ClO₄6H₂O↑+2N₂↑+4HCl↑+5O₂↑，在该反应中还原产物与氧化产物的物质的量比为_______，每有1molNH₄ClO₄分解，转移电子的物质的量为__________。
（2）随着研究的深入，金属燃料直接作为能源出现。
①铁和铝的燃烧可以提供大量能量。
已知：4Al(s)+3O₂(g)=2Al₂O₃(s)   △H ₁；3Fe(s)+2O₂(g)=Fe₃O₄(s)   △H ₂
则相同质量的铝和铁完全燃烧，铝提供能量是铁提供能量的_____倍(用△H ₁和△H ₂表示)。
②关于金属燃料的下列说法错误的是________
a．较易控制金属燃烧后产物，减少对环境的污染
b．镁可以通过与二氧化碳的反应，达到既节能又减碳的效果
c．将金属加工为纳米金属时，表面积增大更容易燃烧
d．电解法冶炼镁铝的技术比较成熟，制取的镁铝可作为燃料用于发电
（3）相比金属燃料来讲，将金属中的化学能转化为电能在现在得到了更为广泛的应用。
①下图为某银锌电池的装置图，则该装置工作时，负极区pH______(填“增大”、“减小”或“不变)，正极反应式为__________________。

②一种新型电池是以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨为电极，含Li⁺的导电固体为电解质，放、充电的总反应式可表示为Li+LiFeSiO₄ Li₂FeSiO₄。放电时，Li⁺向________(填“正”或“负”)极移动；充电时，每生成1mol LiFeSiO₄转移_________mol电子。

一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫。已知：
2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g) △H₁＝－566.0kJ·mol^-1；
S(s)+O₂(g)SO₂(g) △H₂＝－296.0kJ·mol^-1；
请写出CO还原SO₂的热化学方程式______        。
（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)，已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为____，H₂的平均生成速率为  mol·L^-1min^-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为____反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则c电极是    （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为      。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的____极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为      L。

铁及其化合物有着广泛用途。
（1）将饱和三氯化铁溶液滴加至沸水中可制取氢氧化铁胶体，写出制取氢氧化铁胶体的化学方程式                                              。
（2）含有Cr₂O₇^2-的废水有毒，对人畜造成极大的危害，可加入一定量的硫酸亚铁和硫酸使Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，该反应的离子方程式为                            。然后再加入碱调节溶液的pH在6-8 之间，使Fe³⁺和Cr³⁺转化为Fe(OH)₃、Cr(OH)₃沉淀而除去。
（3）铁镍蓄电池又称爱迪生蓄电池，放电时的总反应为Fe+Ni₂O₃+3H₂O=Fe(OH)₂+2Ni(OH)₂，充电时阳极附近的pH             (填：降低、升高或不变)，放电时负极的电极反应式为               。
（4）氧化铁是重要的工业原料，用废铁屑制备氧化铁流程如下：

①铁屑溶于稀硫酸温度控制在50～80⁰C的主要目的是                     。
②写出在空气中煅烧FeCO₃的化学方程式为                                 。
③FeCO₃沉淀表面会吸附S0₄^2-,需要洗涤除去。
洗涤FeCO₃沉淀的方法是                                                 。
判断沉淀是否洗净的方法是                                              。

SO₂、NO₂、可吸人颗粒物是雾霾的主要组成。
（1）SO₂可用氢氧化钠来吸收。现有0.4 molSO₂，若用200 mL，3mol·L^—1NaOH溶液将其完全吸收，生成物为       （填化学式）。经测定所得溶液呈酸性，则溶液中离子浓度由大到小的顺序为            。
（2）CO可制做燃料电池，以KOH溶液作电解质，向两极分别充入CO和空气，工作过程中，负极反应方程式为：               。
（3）氮氧化物和碳氧化物在催化剂作用下可发生反应：2CO+2NON₂+2CO₂，在体积为0.5L的密闭容积中，加入0.40mol的CO和0.40 mol的NO，反应中N₂的物质的量浓度的变化情况如图所示，从反应开始到平衡时，CO的平均反应速率υ(CO)=       。

（4）用CO₂合成二甲醚的化学反应是：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)△H>0。
合成二甲醚时，当氢气与二氧化碳的物质的量之比为4︰1，CO₂的转化率随时间的变化关系如图所示。

①A点的逆反应速率υ逆(CO₂)    B点的正反应速率为υ正(CO₂)（填“>”、“<”或“="）。
②氢气的平衡转化率为         。
（5）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料，它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨在燃烧实验中相关的反应有：
4NH₃(g)+3O₂(g)=2N₂(g)+6H₂O(1)    △H₁    ①
4NH₃(g)+5O₂(g)=4NO(g)+6H₂O(1)    △H₂    ②
4NH₃(g)+6NO(g)=5N₂(g)+6H₂O(1)    △H₃    ③
请写出上述三个反应中△H₁、△H₂、△H₃三者之间关系的表达式，△H₁=       。

二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排、高效利用能源能够减少二氧化碳的排放。
（1）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 mol CO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) △H＝－a kJ·mol^－1（a＞0），测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是______    __。
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变         
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化。
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O。
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变。
②下列措施中能使增大的是________（选填编号）。
A．升高温度      
B．恒温恒容下充入He(g)
C．将H₂O(g)从体系中分离    
D．恒温恒容再充入2 mol CO₂和3 mol H₂
③计算该温度下此反应的平衡常数K＝__________。若改变条件（填选项），可使K＝1。
A．增大压强     
B．增大反应物浓度    
C．降低温度 
D．升高温度      
E．加入催化剂
（2）某甲醇燃料电池原理如下图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为_______________________________。
②用上述电池做电源，用上图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解反应的总反应的离子方程式为________________________。假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为______________（忽略溶液体积变化）。

氨在国防、工农业等领域发挥着重要作用。
（1）工业以甲烷为原料生产氨气的过程如下：
①过程Ⅰ中，有关化学反应的能量变化如下图所示

反应①为      反应（填“吸热”或“放热”），CH₄ (g)与H₂O(g)反应生成CO(g)和H₂(g)的热化学方程式是                   。
②CO可降低过程Ⅱ所用催化剂的催化效率，常用乙酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收，其反应原理为：
，所得溶液经处理的又可再生，恢复其吸收CO能力，再生的适宜条件是               。（选填字母）。
a．高温、高压      b．高温、低压 
c．低温、低压      d．低温、高压
③下表是过程Ⅱ中，反应物的量相同时，不同条件下平衡体系中氨的体积分数

Ⅰ.根据表中数据，得出的结论是                    。
Ⅱ.恒温时，将N₂和H₂的混合气体充入2L密闭容器中，10分钟后反应达到平衡时n(N₂)= 0.1mol，
n(H₂)= 0.3mol。下列图象能正确表示该过程中相关量的变化的是         。（选填字母）。

（2）直接供氨式固体氧化物燃料电池能量转化率达85％，其结构示意图如图所示：

①负极的电极反应式是______。
②用该电池电解300ml的饱和食盐水。一段时间后，溶液pH=13(忽略溶液体积的变化)，则消耗NH₃溶液的体积是_____L。(标准状况)

(14分)I．CH₄和CO₂可以制造价值更高的化学产品。已知：
CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)    △H₁="a" kJ／mol
CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g)       △H₂="b" kJ／mol
2CO(g)+O₂(g) =2CO₂(g)            △H₃="c" kJ／mol
（1）求反应CH₄(g)+CO₂(g) =2CO(g)+2H₂(g)  △H=      kJ／mol(用含a、b、c的代数式表示)。
（2）一定条件下，等物质的量的(1)中反应生成的气体可合成二甲醚(CH₃OCH₃)，同时还产生了一种可参与大气循环的无机化合物，该反应的化学方程式为         。
（3）用Cu₂Al₂O₄做催化剂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+CH₄(g) =CH₃COOH(g)，温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率的关系如图，回答下列问题：

①250～300℃时，乙酸的生成速率降低的原因是            。
②300～400℃时，乙酸的生成速率升高的原因是           。
Ⅱ．钠硫电池以熔融金属Na、熔融S和多硫化钠(Na₂S_X)分别作为两个电极的反应物，多孔固体Al₂O₃陶瓷(可传导Na⁺)为电解质，其反应原理如下图所示：
Na₂S_X 2Na+xS (3<x<5)
   
（4）根据上表数据，判断该电池工作的适宜温度应为    (填字母序号)。
A．100℃以下      B．100℃～300℃
C．300℃～350℃   D．350℃～2050℃
（5）关于钠硫电池，下列说法正确的是    (填字母序号)。
A．放电时，电极A为负极          
B．放电时，Na⁺的移动方向为从B到A
C．充电时，电极A应连接电源的正极
D．充电时电极B的电极反应式为S_X^2--2e^-=xS
（6）25℃时，若用钠硫电池作为电源电解500mL 0．2mol／L NaCl溶液，当溶液的pH变为l3时，电路中通过的电子的物质的量为   mol，两极的反应物的质量差为     g。(假设电解前两极的反应物的质量相等)

如图所示是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，下列分析中正确的是

A．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通H2的电极上发生的反应为：H2－2e^－＝2H^＋

B．如果a极通入H2，b极通入O2，H2SO4溶液作电解质溶液，则通 O2的电极上发生的反应为：O2＋4e^－＋2H2O＝4OH^－

C．如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH作电解质溶液，则通CH4的电极上发生的 反应为：CH4－8e^－＋10 OH^－＝CO3^2-＋7H2O

D．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则溶液中的OH^－离子向b极附近移动

据图回答下列问题：

Ⅰ、（1)若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象是___________________
负极反应式为：______________________________。
（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为________(填Mg或Al)，总反应化学方程式为____________________________________。
Ⅱ、由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其正极的电极反应式为______________。
Ⅲ、中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇（CH₄OH）燃料电池的工作原理如下图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为_______，c口通入的物质为______。
②该电池正极的电极反应式为：_______

金属及其化合物在国民经济发展中起着重要作用。
（1）工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu₂O+ Cu₂S=6Cu+SO₂
该反应的氧化剂是_________,当生成19.2gCu时，反应中转移的电子为_____mol。铜在潮湿的空气中能发生吸氧腐蚀而生成（碱式碳酸同）。该过程负极的电极反应式_______________。
（2）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（分别作为两个电极的反应物，固体陶瓷（可传导）为电解质，其原理如图所示：

①根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在_______。

②放电时，电极A为____极，S发生_______反应。
③放电时，内电路中的的移动方向为_______（填“从A到B”或“从B到A”）。
④充电时，总反应为Na所在电极与直流电源_______极相连，阳极的电极反应式为________.

目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：它所对应的化学反应为：               。
（2）—定条件下，将C（s)和H₂O（g)分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如下表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
C（s)	H2O（g)	H2（g)
甲	2	T1	2	4	3.2	8
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g)的物质的量浓度      （填选项字母）。
A.=0.8mol·L^-1     B.=1.4mol·L^-1   
C.<1.4mol·L^-1     D.>1.4mol·L^-1
③丙容器的容积为1L，T₁℃时，按下列配比充入C（s)、H₂O（g)、CO₂（g)和H₂（g)， 达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是              （填选项字母）。
A.0.6mol1.0mol0.5mol1.0mol
B.0.6mol2.0mol0mol0mol
C.1.0mol2.0mol1.0mol2.0mol
D.0.25mol0.5mol0.75mol1.5mol
（3）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂（g) + 6H₂（g)CH₃OCH₃（g) + 3H₂O（g)
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n（H2) / n（CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H     0，熵变△S    0（填＞、＜或＝）。
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式         。
若以1.12 L·min^-1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为-24.9 ℃），用该电池电解500 mL 2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜        g。