高中化学化学电源新型电池试题

液态肼(N₂H₄)-空气燃料电池的装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是

A．b极发生氧化反应

B．OH^－问b极移动

C．放电时，电流从a极经过负载流向b极

D．a极的电极反应式：N2H4+4OH^—-4e^－=N2↑+4H2O

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

(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=       。

(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）。

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

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____      。

CO₂作为未来碳源，既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”，又可有效地解决温室效应。目前，人们利用光能和催化剂，可将CO₂和H₂O(g)转化为CH₄和O₂。请回答下列问题：
（1）将所得CH₄与H₂O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) △H =" +206" kJ·mol^-1。将等物质的量的CH₄和H₂O(g)充入l L恒容密闭容器，某温度下反应5 min后达到平衡，此时测得CO的物质的量为0.10 mol，则5 min内CH₄的平均反应速率为   。平衡后可以采取下列   的措施能使n（CO）：n（CH₄）增大。
A．加热升高温度
B．恒温恒容下充入氦气
C．恒温下增大容器体积
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O
（2）工业上可以利用CO为原料制取CH₃OH。
已知: CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)  △H="-49.5" kJ·mol^－1
CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g） △H=" +" 41.3 kJ·mol^－1
①试写出由CO和H₂制取甲醇的热化学方程式   。
②该反应的△S   0(填“>”或“<”或“=”)，在     情况下有利于该反应自发进行。
（3）某科研人员为研究H₂和CO合成CH₃OH的最佳起始组成比n(H₂) ： n(CO)，在l L恒容密闭容器中通入H₂与CO的混合气（CO的投入量均为1 mol），分别在230°C、250°C和270°C进行实验，测得结果如下图，则230℃时的实验结果所对应的曲线是   (填字母)；理由是   。列式计算270℃时该反应的平衡常数K：   。

（4）以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，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。则负极的反应式   。
关于该电池的下列说法，正确的是   。
A．工作时电极b作正极，O^2- 通过固体介质NASICON由电极b流向电极a
B．工作时电流由电极a通过传感器流向电极b
C．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

(14分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H₂反应生产CH₃OH，并开发出甲醇燃料电池。
（1）已知：CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)    △H＝－283.0 kJ·mol^－1
2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)    △H＝－1453.0 kJ·mol^－1
则CH₃OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H₂O(l)的热化学方程式为              。
（2）工业上常利用反应CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。

230℃的实验结果所对应的曲线是      （填字母）；该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H₂):n(CO) 的比值范围是       （填字母） 。
A．1～1.5        B．2.5～3       C．3.5～4.5
（3）制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：H₂O(g)+CO(g)H₂(g)+CO₂(g) △H＜0，某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题：
①该温度下，若起始时c(CO)="1" mol·L^－1，c(H₂O)="2" mol·L^－1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.5 mol·L^－1，则此时该反应v(正)       v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。
②若降低温度，该反应的K值将   （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^－向      极移动（填“a”或“b”）。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的离子方程式为                     。

（1）已知：
甲醇制烯烃反应①：2CH₃OH(g)＝C₂H₄ (g)＋2H₂O(g)△H₁＝－29．0 KJ·mol^－1
甲醇脱水反应②：2CH₃OH(g)＝CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)△H₂＝－24．0 KJ·mol^－1
乙醇异构化反应③：CH₃CH₂OH(g)＝CH₃OCH₃(g))△H₃＝+50．8 KJ·mol^－1
则乙烯气相直接水合反应C₂H₄ (g)＋H₂O(g)＝C₂H₅OH(g)的△H＝        KJ·mol^－1
（2）在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打（NaHCO₃），并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵。
①写出上述制备小苏打的化学方程式：__________________________________。
②滤出小苏打后，母液提取氯化铵有两种方法：Ⅰ、通入氨，冷却、加食盐，过滤；Ⅱ、不通氨，冷却、加食盐，过滤。其中方法Ⅰ析出的氯化铵的纯度更高，其原因是            。而方法Ⅱ的优点是其滤液可以                。
（3）铅及其化合物可用于蓄电池，耐酸设备及X射线防护材料等。PbO₂可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为                      ：PbO₂也可以通过石墨为电极，Pb(NO₃)₂和Cu(NO₃)₂的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式                      ，电解液中加入Cu(NO₃)₂的原因是                。

实验小组中甲同学按图完成实验,发现电流计指针偏转，乙同学将图中盐桥(琼脂和饱和氯化钾)换成U形铜丝代替盐桥，发现电流计指针也发生偏转，以下说法正确的是

A．甲同学实验过程中，ZnSO4溶液中阴离子总浓度不会发生改变

B．甲同学实验过程中，Zn片被氧化，铜片被还原

C．乙同学将盐桥换成铜丝后，导线中电流方向不会发生变化

D．乙同学将盐桥换成铜丝后，U形铜丝的两端电极反应类型一致

开发新能源，使用清洁燃料，可以达到提高能效、减少污染的目的。
Ⅰ．由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，其分子中均有氧，且1个乙分子中含有18个电子，则甲和乙分别是________。乙是一种清洁燃料，工业上可用甲和氢气反应制得。
（1）T₁温度时，在体积为2 L的密闭容器中充入2 mol甲和6 mol H₂，反应达到平衡后，测得c(甲)＝0.2 mol/L，则乙在平衡混合物中的物质的量分数是       。
（2）升高温度到T₂时，反应的平衡常数为1，下列措施可以提高甲的转化率的是________（填字母）。
A．加入2 mol甲      B．充入氮气    
C．分离出乙          D．升高温度
Ⅱ．（1）甲烷也是一种清洁燃料，但不完全燃烧时热效率降低并会产生有毒气体造成污染。
已知：①CH₄(g) + 2O₂(g) ＝ CO₂(g) + 2H₂O(l)   ΔH₁＝―890.3 kJ/mol
②2CO (g) + O₂(g) ＝ 2CO₂(g)   ΔH₂＝―566.0 kJ/mol
则甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水时的热效率只是完全燃烧时的________倍（计算结果保留1位小数）。
（2）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol/L的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：
①若使用酸性水溶液做电解质，甲烷燃料电池的负极反应式是________。
若使用熔融Na₂CO₃做电解质，该电池负极的反应式是        。
若使用燃料电池内部是熔融的掺杂着氧化钇（Y₂O₃）的氧化锆（ZrO₂）晶体，可以传导O^2—。则在电池内部O^2—由____极移向____极（填“正”或“负”）；电池的负极电极反应式为                 。
②若B中为氯化铜溶液，当线路中有0.1 mol电子通过时，________（填“a”或“b”）极增重________g。
若B中为足量Mg(NO₃) ₂和NaCl的混合溶液。电解开始后阴极的现象为____     。

（14分，每空2分）四种短周期元素A、B、C、D的性质或结构信息如下。
①原子半径大小：A>B>C>D
②四种元素之间形成的某三种分子的比例模型及部分性质如下：

请根据上述信息回答下列问题。
（1）C元素在周期表中的位置         ， 请写出D₂C₂分子的结构式________，A元素的单质与物质甲发生反应的离子方程式_______。
（2）丁物质与乙互为同系物，在相同条件下其蒸气的密度是氢气密度的36倍，且核磁共振氢谱只有
1组峰，写出丁物质的结构简式                 。
（3）A与同周期的E元素组成的化合物EA₅在热水中完全水解生成一种中强酸和一种强酸，该反应的化学方程式是             。
（4）以Pt为电极，KOH为电解质溶液,两极分别通入乙和C的单质可组成燃料电池，该同学想在装置Ⅱ中实现铁上镀铜，则a处电极上发生的电极反应式       ，一段时间后，测得铁增重128g，此时b极通入气体的体积是      L（标准状况下）。