高中化学化学电源新型电池试题

被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效 率的特点．右图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH 溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连 续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：

（1）写出氢氧燃料电池工作时负极反应方程式：
负极：                                   。
（2）为了获得氢 气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在高温、催化剂作用下制取氢气．写出丙烷和 H2O 反应生成 H2 和 CO 的化学方程式：                       
（3）若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，负极反应式为 ：                   电池总离子反应方程式为                   。
（4）若将此燃料电池改进为直接以有机物 A 和氧气为原料进行工作，有机物 A 只含有 C、H、 O 三种元素，常用作有机合成的中间体。16.8 g 该有机物经燃烧生成 44.0 g CO2 和 14.4 g H2O ；质谱图表明其相对分子质量为 84，红外光谱分析表明 A 分子中含有 O—H 键和位于分子端的-C≡C-键，核磁共振氢谱有三个峰，峰面积为 6:1:1。A 的分子式是                  A的结构简式是                   

近来，制备和利用氢气这一清洁能源已有多项成果。
（1）德国克莱斯公司成功研制了甲醇(CH₃OH)制氢车载燃料电池工艺，其原理如下流程图所示：

①流程图中，甲醇与水在选择氧化器中反应生成二氧化碳和氢气，写出该反应的化学方程式            
②该车载燃料电池的介质为碱性环境，请写出该燃料电池的正极反应式为                            
（2）美国Bay等工厂成功研制了以甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

①此流程的第Ⅱ步反应为：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，该反应的化学平衡常数表达式K＝     
②此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如下表，在830 ℃、以表中的物质的量(单位为mol)投入恒容反应器发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有________(填实验编号)。

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6
实验编号	n(CO)	n(H2O)	n(H2)	n(CO2)
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	3	3	0	0
D	0.5	2	1	1

③若400 ℃时，第Ⅱ步反应生成1 mol氢气的热效应值为33.2kJ，第Ⅰ步反应的热化学方程式为：CH₄(g) ＋ H₂O(g) === 3H₂(g) ＋ CO(g) ΔH＝－103.3 kJ·mol^－1则400 ℃时，甲烷和水蒸反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为：                          
（3）我国科学家研究了常温下利用Pt等催化剂在可见光作用下使水分解制氢气的方法，下图是三种催化剂在光照分解水实验中的效果比较图。

要得出如图所示的实验结果，需要测定的实验数据是             ，本实验的目的是                 。

甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成．电池的总反应式为2CH₃OH+3O₂+4OH^－═2CO+6H₂O．则下列说法正确的是

A．电池放电时通入空气的电极为负极

B．电池放电时负极的电极反应式为CH3OH－6e^－+H2O═CO2↑+6H^+

C．由于CO水解显碱性，电池放电时，电解质溶液的pH逐渐增大

D．电池放电时每消耗1molCH3OH转移6mol电子

新型NaBH₄/H₂O₂燃料电池（DBFC）的结构如图所示，该电池总反应方程式：NaBH₄+4H₂O₂═NaBO₂+6H₂O，有关的说法不正确的是（  ）

A．电极B为正极，纳米MnO₂层的作用是提高原电池的工作效率
B．放电过程中，Na⁺从正极区向负极区迁移
C．电池负极的电极反应为：BH₄^-+8OH^--8e^-═BO₂^-+6H₂O
D．在电池反应中，每消耗1L 6mol/L H₂O₂溶液，理论上流过电路中的电子为12mol

甲醇是重要的化工原料，利用CO₂和H₂合成甲醇，发生的主反应如下：CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)△H

已知：在25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ．请写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式                  ．
（1）在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂进行上述反应．测得CO₂和CH₃OH(g)浓度随时间变化如图1所示．回答：
0～10min 内，氢气的平均反应速率为           mol/(L•min)；第10min 后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入0.75mol CO₂(g)和1.5mol H₂O(g)，则平衡         (填“正向”、“逆向”或“不”)移动．恒温恒压密闭容器中该反应达平衡状态的依据是(填序号)           ．

A．v正(CH3OH)=3v逆(H2)	B．混合气体的密度不变
C．c(CH3OH)=c(H2O)	D．混合气体的总物质的量不变

（2）如图2，25℃时以甲醇燃料电池(电解质溶液为稀硫酸)为电源来电解300mL某NaCl溶液，该装置中 a 极为            极，负极反应式为          ．在电解一段时间后，NaCl溶液的pH值变为12(假设NaCl 溶液的体积不变)，则理论上消耗甲醇的物质的量为                mol．
（3）取五份等体积的CO₂和H₂的混合气体(物质的量之比均为1：3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如图3所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H          0(填“＞”、“＜”或“=”)．

已知某碱性硼化钒(VB₃)一空气电池工作时发生反应为：11O₂＋4VB₂=2V₂O₅＋4B₂O₃。以该电池作为电源，使用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过0.04mol电子时，B装置内共收集到0.448L气体(标准状况)，则下列说法正确的是

A．VB2电极发生的电极反应为：2VB2＋11H2O－22e^－=V2O5＋2B2O3＋22H^＋

B．若B装置内的液体体积为400mL，则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.025mol/L

C．电解过程中，b电极表面先有红色物质析出，然后有气泡产生

D．外电路中电子由a电极流向b电极

工业废水随意排放会造成严重污染，根据成分不同可采用不同的处理方法。
（1）电池生产工业废水中常含有Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去。已知室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2。
①请用离子方程式说明上述除杂的原理______________________。
②FeS高温煅烧产生的SO₂气体通入下列溶液中，能够产生沉淀的是_________（填序号）
A．Ba(NO₃)₂  B．BaCl₂
C．Ba(OH)₂ D．溶有NH₃的BaCl₂溶液
③已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO₄溶液中加入一定量的Na₂SO₃和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式是___________。
（2）电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr₂O₇^2-）时，在废水中加入适量NaCl，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在如下反应Cr₂O₇²+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，最后Cr³⁺ 以Cr(OH)₃形式除去，下列说法不正确的是______（填序号）
A．阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺
B．电解过程中溶液pH减小
C．过程中有Fe（OH）₃沉淀生成
D．电路中每转移12 mol电子，最多有2mol Cr₂O₇^2-被还原
（3）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池。右图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中，a电极作_________极（填“正”“负”“阴”或“阳”），其电极反应式为___________。

铁是用途最广泛的金属材料之一，但生铁易生锈，请讨论电化学实验中有关铁的性质。
（1）某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应为_________，左侧烧杯中的c(Cl^-)________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe＋H₂SO₄=FeSO₄＋H₂↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H₂。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。

（3）用高铁酸盐设计的高铁电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应式为3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O=3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH。
①写出正极电极反应式________________________________。
②用高铁电池做电源，以铁为阳极，以铜作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2molK₂FeO₄反应时，则在电解池中生成H₂________L。（标准状况）

以硼氢化合物NaBH₄(强电解质，B元素的化合价为+3价)和H₂O₂作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO₂，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如图所示．下列说法正确的是（ ）

A．电极a采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用

B．电池放电时Na^+从b极区移向a极区

C．每消耗3mol H2O2，转移的电子为3mol

D．该电池的负极反应为：BH4^-+8OH^--8e^-═BO2^-+6H2O

近年来科学家研制了一种新型的乙醇电池（DEFC），它用磺酸类质子作溶剂，在200℃左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全．电池总反应式为：C₂H₅OH+3O ₂ →2CO ₂+ 3H₂O．下列说法不正确的是（ ）
A．1mol乙醇被氧化转移6mol电子
B．C₂H₅OH在电池的负极上参加反应
C．在外电路中电子由负极沿导线流向正极
D．电池正极的电极反应式为4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O

空气质量与我们的健康息息相关，目前我国通过监测6项污染物的质量浓度来计算空气质量指数(AQI)，SO₂、NO₂和CO是其中3项中的污染物。
（1）一定温度下，向固定体积为2 L的密闭容器中充入SO₂和NO₂各1 mol，发生反应SO₂(g)＋NO₂(g)  SO₃(g)＋NO(g)，测得上述反应5 min末到达平衡，此时容器中NO与NO₂的体积比为3︰1，则这段时间内SO₂的反应速率υ(SO₂)＝            ，此反应在该温度下的平衡常数K＝             。

（2）甲醇日趋成为重要的有机燃料，通常利用CO和H₂合成甲醇，其反应的化学方程式为CO(g)＋2H₂(g)  CH₃OH(g)。今在一容积可变的密闭容器中，充有10 mol CO和20 mol H₂用于合成甲醇。CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(P)的关系如图所示：
①上述合成甲醇的反应为            反应(填“放热”或“吸热”)。
②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为                         。A、B两点对应的压强大小关系是P_A            P_B(填“大于”、 “小于”或“等于”)。
③若将达到平衡状态A时生成的甲醇用于构成甲醇一氧气燃料电池，电解质溶液为KOH浓溶液，则该电池工作时正极的电极反应式为            ，理论上通过外电路的电子最多为          mol。

LiFePO₄电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO₄＋LiLiFePO₄，电池的正极材料是LiFePO₄，负极材料是石墨，含Li^＋导电固体为电解质。下列有关LiFePO₄电池说法正确的是

A．可加入硫酸以提高电解质的导电性

B．放电时电池内部Li^＋向负极移动

C．充电过程中，电池正极材料的质量不变

D．放电时电池正极反应为：FePO4＋Li^＋＋e^－＝LiFePO4

锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为
负极反应：C₆Li-xe^-=C₆Li_1-x+xLi⁺（C₆Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）
正极反应：Li_1-xMO₂+xLi⁺+x e^-=LiMO₂（LiMO₂表示含锂的过渡金属氧化物）
下列有关说法正确的是（   ）

A．锂离子电池放电时电池反应为LiMO2+C6Li1-x=C6Li+Li1-xMO2

B．锂离子电池充电时电池内部Li^+向负极所连的电极移动

C．锂离子电池放电时电池内部电流从负极流向正极

D．锂离子电池充电时阳极反应为C6Li1-x+xLi^++xe^-=C6Li

硼化钒(VB₂)-空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如下，该电池工作时反应为： 4VB₂ + 11O₂→4B₂O₃ + 2V₂O₅。下列说法正确的是（  ）

A．电极a为电池负极

B．VB2中V的化合价为+4价

C．电子由VB2极经KOH溶液流向a电极

D．VB2极发生的电极反应为：2VB2 + 22OH^−－22e^−＝V2O5 + 2B2O3 + 11H2O

镁-空气电池的工作原理如右图所示。下列说法不正确的是（   ）

A．工作一段时间后，c（Na^+）变大	B．电池工作时，OH^-向a极移动
C．气体X 中N2的百分含量与空气相同	D．电池总反应为2Mg+O2+2H2O＝2Mg(OH)2