高中化学化学电源新型电池试题

某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为：Fe+NiO₂+2H₂OFe(OH)₂+Ni(OH)₂，
下列说法中正确的是

A．放电时，负极上发生反应的物质是Fe

B．放电时，正极反应是：NiO2+2e^—+2H^+Ni(OH)2

C．充电时，阴极反应是：Ni(OH)2-2e^—+2OH^—NiO2+2H2O

D．充电时，阳极应该是镍元素化合价降低

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的可燃物，被称为21世纪的新型能。工业制备二甲醚的生产流程如下：
催化反应室中（压力2.0~10.0MPa，温度300℃）进行下列反应：
①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H ₁=" -" 90.7 kJ·mol^－1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H₂ =" -" 23.5 kJ·mol^－1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)   △H₃ =" -" 41.2 kJ·mol^－1
（1）催化反应室中的总反应：3CO(g)+3H₂(g) CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)。
该反应的反应热△H =_________。催化反应室中采用300℃的反应温度，理由是   。
（2）已知：反应①在300℃时的化学平衡常数为0.27。该温度下将2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容积为2 L的密闭容器中，此时反应将（填“正向进行”、“逆向进行”或“处于平衡状态”）。
（3）上述流程中二甲醚精制的实验操作名称为      。
（4）图为绿色电“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。

该电池工作时，H⁺向 极移动（填“正”或“负”）；a电极的电极反应式为    。

聚合氯化铝是一种新型净水剂，其中铝的总浓度（用Al_T表示）包括三类‘“主要为Al³⁺的单体形态铝总浓度（用Al_a表示）；主要为[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺的中等聚合形态铝总浓度（用Al_b表示）和Al(OH)₃胶体形态铝总浓度（用A1_c表示）。
（1）一定条件下，向1.0 mol/LAlCl₃溶液中加入0.6 mol/L的NaOH溶液，可制得Al_b含量约为86％的聚合氯化铝溶液。写出生成[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺的离子方程式：_____________________。
（2）用膜蒸馏（简称MD）浓缩技术将聚合氯化铝溶液进行浓缩，实验过程中不同浓度聚合氯化铝中铝形态分布（百分数）如下表：

AlT/（mol·L^－1）	Ala/%	Alb/%	A1c/%
0.208	1.4	86.6	12.0
0.489	2.3	86.2	11.5
0.884	2.3	88.1	9.6
1.613	3.1	87.0	9.9
2.520	4.5	88.2	7.3

①在一定温度下，Al_T越大，pH    （填“越大”、“越小”或“不变”）。
②如将Al_T =" 2.520" mol·L^－1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中主要发生反应的离子方程式：         。
③膜蒸馏料液温度对铝聚合形态百分数及铝的总浓度的影响如图1。当T>80℃时，Al_T显著下降的原因是        。

（3）真空碳热还原一氧化法可实现由铝土矿制备金属铝，相关反应的热化学方程式如下：
①Al₂O₃(s)+AlCl₃(g)+3C(s) = 3AlCl(g)+3CO(g) △H₁ =" a" kJ·mol^－1
②3AlCl(g) =" 2Al(l)+" AlCl₃(g)    △H₂ =" b" kJ·mol^－1
则反应Al₂O₃(s)+ 3C(s) =" 2Al(l)+" +3CO(g)  △H =    kJ·mol^－1（用含a、b的代数式表示）。反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，说明△H 0（填“>”“=”或“<”）。
（4）一种铝空气电池结构如图2所示，写出该电池正极的电极反应式   。

(16分)中国环境监测总站数据显示，颗粒物(PM2.5等)为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO₂、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
（1） 将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH	SO	NO	Cl^－
浓度/mol•L^－1	4×10^－6	6×10^－6	2×10^－5	4×10^－5	3×10^－5	2×10^－5

根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH ＝       。
（2）NO_x是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：
①N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H＝   。
②当尾气中空气不足时，NO_x在催化转化器中被还原成N₂排出。写出NO被CO还原的化学方程式                       。
（3） 碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应              。
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是_____________________。
③用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH）表示），NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：Ni(OH)₂＋MNiO(OH)＋MH，电池放电时，负极电极反应式为            ； 充电完成时，全部转化为NiO(OH)，若继续充电，将在一个电极产生O₂，O₂扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极电极反应式为        。

美国一个海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池。该电池可同时供应电和蒸汽,其燃料为H₂,电解质为熔融的K₂CO₃,工作温度为600~800 ℃。已知该电池的总反应为2H₂+O₂2H₂O,负极反应为H₂+ -2e^-H₂O+CO₂。下列推断正确的是

A．正极反应为4OH^--4e^-O2↑+2H2O

B．放电时,向负极移动

C．电池供应1 mol水蒸气,转移的电子的物质的量为4 mol

D．放电时向正极移动

(12分)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 molCO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) △H ＝－akJ·mol^－1（a＞0），测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。

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图1所示：M区发生反应的电极反应式为_______________________________。

我国知名企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次电池，其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其它材料电池，电池总反应为：V₂O₅+xLiLi_xV₂O₅。下列说法中正确的是

A．锂在放电时做正极材料，充电时为阳极材料

B．电池在放电时，Li^+向负极移动

C．该电池充电时阳极的反应为：LixV2O5－xe^－＝V2O5 + xLi^+

D．V2O5只是锂发生反应的载体，不参与电池反应

据报道，以硼氢化合物NaBH₄（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，其工作原理如下图所示。

下列说法错误的是（   ）

A．电池放电时Na^+从a极区移向b极区

B．电极b采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用

C．该电池的负极反应为：BH＋8OH^－－8e^－＝BO＋6H2O

D．每消耗3 mol H2O2，转移的电子为3 mol

Ag₂O₂是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在KOH加入适量AgNO₃溶液，生成Ag₂O沉淀，保持反应温度为80，边搅拌边将一定量K₂S₂O₈溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得到固体样品．反应方程式为
2AgNO₃+4KOH+K₂S₂O₈Ag₂O₂↓+2KNO₃+2K₂SO₄+2H₂O
回答下列问题：
（1）上述制备过程中，检验洗剂是否完全的方法是                              
                                                                                    
（2）银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag₂O₂转化为Ag，负极的Zn转化为K₂Zn（OH）₄，写出该电池反应方程式：                          ．
（3）准确称取上述制备的样品（设仅含Ag₂O₂和Ag₂O） 2.558g，在一定的条件下完全分解为Ag 和O₂，得到224.0mLO₂（标准状况下）．计算样品中Ag₂O₂的质量分数（计算结果精确到小数点后两位）．

氢氧燃料电池是将H₂通入负极，O₂通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高．
（1）若电解质溶液为KOH溶液，其正极反应为        ，负极反应为 ^﹣     ；
（2）若电解质溶液为硫酸，其正极反应为      ，负极反应为         ；若反应过程中转移了2mol电子，可产生水的质量为      g．
（3）若用氢氧燃料电池电解由NaCl和CuSO₄组成的混合溶液，其中c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol•L^﹣1，取该混合液100mL用石墨做电极进行电解，通电一段时间后，在阴极收集到0.112L（标准状况）气体．此时氢氧燃料电池外电路中转移电子数为    ，消耗H₂的质量为        g．

肼(N₂H₄)是火箭发射常用的燃料。一种以肼(N₂H₄)为燃料的电池装置如图所示。该燃料电池的电极材料采用多孔导电材料，以提高电极反应物在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，以空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质。

（1）负极上发生的电极反应为_________________；
（2）电池工作时产生的电流从_______电极经过负载后流向________电极（填“左侧”或“右侧”）。
（3）放电一段时间后，右侧溶液的pH       （填“变大”或“变小”）

镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)₂ + MNiOOH + MH
已知：6NiOOH + NH₃ + H₂O + OH^－6Ni(OH)₂ + NO₂^－。
下列说法正确的是

A．NiMH 电池放电过程中，正极的电极反应式为：NiOOH + H2O + e^－Ni(OH)2 + OH^－

B．充电过程中OH^－离子从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O + M + e^－MH + OH^－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

(11分)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO₄，溶于混合有机溶剂中，Li^＋通过电解质迁移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂。 回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
（2）电池正极反应式为__________________________。
（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是     ________________________________________________。
（4）MnO₂可与KOH和KClO₃在高温下反应，生成K₂MnO₄，反应的化学方程式为____________________________________。K₂MnO₄在酸性溶液中歧化，生成KMnO₄和MnO₂的物质的量之比为____。

如图所示是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列有关说法不正确的是

A．放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e^－→Ni(OH)2＋OH^－

B．电池的电解液可为KOH溶液

C．充电时负极反应为MH＋OH^－→H2O＋M＋e^－

D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高

下列离子方程式错误的是

A．向Ba(OH)2溶液中滴加稀硫酸：Ba^2^＋＋2OH^－＋2H^＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O

B．酸性介质中KMnO4氧化H2O2：2MnO＋5H2O2＋6H^＋===2Mn^2^＋＋5O2↑＋8H2O

C．等物质的量的MgCl2、Ba(OH)2和HCl溶液混合：Mg^2^＋＋2OH^－===Mg(OH)2↓

D．铅酸蓄电池充电时的正极反应：PbSO4＋2H2O－2e^－===PbO2＋4H^＋＋SO