高中化学化学电源新型电池试题

（每空2分，16分）
Ⅰ．2013年初，雾霾天气多次肆虐天津、北京等地区。其中，燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)。△H＜0
①该反应平衡常数表达式                                       
②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行t₁时刻达到平衡状态的是            （填代号）。


（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_X可以消除氮氧化物的污染。
已知：CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　 △H₁＝－867 kJ/mol  ①
2NO₂(g) N₂O₄(g)   △H₂＝－56.9 kJ/mol  ②
H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH₃＝ －44.0 kJ／mol   ③
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(l)的热化学方程式：                       
Ⅱ．A、B、C、D、E为原子序数依次增大的五种短周期元素，其中仅含有一种金属元素，A和D最外层电子数相同;B、C和E在周期表中相邻，且C、E同主族。B、C的最外层电子数之和等于D的原子核外电子数，A和C可形成两种常见的液态化合物。请回答下列问题：
（1）C、D、E三种原子对应的离子半径由大到小的顺序是            (填具体离子符号)；A、B、C三种元素按1:7:12的质量比组成的化合物中含有的化学键的类型属于          。
（2）某金属常用于制作易拉罐，该金属制作的废弃易拉罐能与 A、C、D组成的化合物溶液反应，该反应的离子方程式为：                                       。 
（3）A、C两元素的单质与烧碱溶液组成燃料电池，其负极反应式为           ，用该电池电解1L1mol/LNaCl溶液，当消耗标准状况下1.12LA₂时， 所得溶液在常温下的PH＝     (假设电解过程中溶液的体积不变) 。

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，其工作原理如图所示。下列说法正确的是

A．电池放电时Na^+从b极区移向a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：BH4^－＋8OH^－+8e^－→BO2^－＋6H2O

D．每消耗3 mol H2O2，转移的电子为3 mol

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，下列叙述不正确的是

A．放电时负极反应为：Zn－2e^－＋2OH^－===Zn(OH)2

B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e^－＋5OH^－===FeO＋4H2O

C．放电时每转移3 mol 电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化

D．放电时正极附近溶液的碱性增强

(15分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下列与甲醇有关的问题．
(1)甲醇分子是____________分子(填“极性”或“非极性”)．
(2)工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)△H=﹣86.6KJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入1mol CO和2mol H₂，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的3/5．
①达到平衡时，CO的转化率为____________
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有____________

A．2v(H2)=v(CH3OH)	B．CO的消耗速率等于CH3OH的生成速率
C．容器内的压强保持不变	D．混合气体的密度保持不变

E．混合气体的颜色保持不变    F．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
(3)已知在常温常压下：
①2CH₃OH(1)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)     △H=﹣akJ·mol^﹣1
②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)                    △H=﹣bkl·mol^﹣1
③H₂O(g)=H₂O(1)                           △H=﹣ckJ·mol^﹣1
则CH₃OH(1)+O₂(g)==CO(g)+2H₂O(1)           △H=____________kJ·mol^﹣1
(4)由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．
①该电池负极的电极反应式为____________________________________．
②若以该电池为电源，用石墨做电极电解200mL含有如下离子的溶液．

离子	Cu^2+	H+	Cl^﹣	SO4^2^﹣
c/mol·L^﹣1	0.5	2	2	0.5

   电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为____________．

(10分)
（1）铅蓄电池中，作负极材料的金属在元素周期表中的位置是________________,写出其正极的电极反应式______________________________________________________；
（2）汽车尾气分析仪对 CO 的分析 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－ 可以在固体介质中自由移动。
下列说法错误的是___________________。

A．负极的电极反应式为：CO+O^２－―2e＝CO2

B．工作时电极b作正极，O^２－由电极a流向电极b

C．工作时电子由电极a通过传感器流向电极b

D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

（3）某新型铝—空气燃料电池，以铝为负极，在正极通入空气，若以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，放电时正极反应都为O₂＋2H₂O＋4e^－＝4OH^－。那么若以NaOH溶液为电解质溶液，电池负极反应为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；若以NaCl溶液为电解质溶液，则总反应为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

(15分)Ⅰ：工业上用CO₂和H₂在一定条件发生如下反应合成甲醇并放出大量的热：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH₁   回答下列问题。
（1）已知：2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)   ΔH₂
则反应2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH=           （用含ΔH₁、ΔH₂表示）
（2）若反应温度升高，CO₂的转化率       (填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）写出在酸性环境中，甲醇燃料电池中的正极反应方程式                             
Ⅱ：生产甲醇的原料H₂可用如下方法制得：CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)，一定温度下，将2 mol CH₄和4 mol H₂O通入容积为10L的密闭反应室中，反应中CO的物质的量浓度的变化情况如图所示，请回答下列问题：

（4）反应进行到4分钟到达平衡。请计算从反应开始到刚刚平衡，平均反应速率v(H₂)为               ；并求此反应在此温度下的平衡常数（在答题卡对应的方框内写出计算过程）。
（5）在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后，若在第8分钟时达到新的平衡（此时CO的浓度约为0.25 mol·L^—1 ），请在图中画出第5分钟后H₂浓度的变化曲线。

甲醇应用于精细化工，塑料等领域，是基础的有机化工原料和优质燃料。工业上利用H₂、CO和CO₂等气体体系在催化剂条件下合成甲醇（CH₃OH）。主要反应：
①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) △H=－91 kJ·mol^—1
②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) △H=－49 kJ·mol^—1
副反应：③2CO(g)+4H₂(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H=－206 kJ·mol^—1
（1）写出反应②平衡常数的表达式                           。
（2）工业上可利用CH₃OH(g)制备CH₃OCH₃(g)，写出热化学方程式                     。
（3）生产中H₂和CO按物质的量比为10:1投料，假设在反应容器中投入1molCO和10molH₂在某温度下反应（只考虑反应①），达到平衡后，测得甲醇的物质的量分数为5%，计算CO转化率，写出计算过程。
（4）工业中常用甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在KOH(aq)介质中该电池负极的电极反应式     。

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，负极材料是石墨和锂，含Li⁺导电固体为电解质。下列有关LiFePO₄电池说法正确的是
A．可加入硫酸溶液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增加   D．放电时电池正极反应为：FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄

（本题16分）降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为研究的主要课题。
（1）已知在常温常压下：
① 2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)  ΔH ＝－1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)  ΔH ＝－566.0 kJ/mol
③ H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH ＝－44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：______________________。
（2）在容积为2L的密闭容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，在温度500℃时发生反应：
CO₂（g）+ 3H₂（g）CH₃OH（g）+ H₂O（g） △H<0。
CH₃OH的浓度随时间变化如图。回答有关问题：

①从反应开始到20分钟时，H₂的平均反应速率v(H₂)＝_________________
②从30分钟到35分钟达到新的平衡，改变的条件可能是__________________________
A．增大压强    B．加入催化剂   C．升高温度    D．增大反应物的浓度 
③列式计算该反应在35分钟达到新平衡时的平衡常数(保留2位小数)
④如果在30分钟时,再向容器中充入2mol CO₂和6mol H₂，保持温度不变，达到新平衡时，CH₃OH的浓度____________1mol.L^-1(填“>”、“<”或“=”)。
（3）一种原电池的工作原理为：2Na₂S₂ + NaBr₃ Na₂S₄ + 3NaBr。用该电池为电源，以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，使CO₂在铜电极上可转化为甲烷。
①该电池负极的电极反应式为：______________________________________
②电解池中产生CH₄一极的电极反应式为：   ____________________________________。
（4）下图是NaOH吸收CO₂后某种产物的水溶液在pH从0至14的范围内H₂CO₃、HCO₃^－、CO₃^2－三种成分平衡时的组成分数。

下列叙述正确的是  _____________
A．此图是1.0 mol·L^-1碳酸钠溶液滴定1.0 mol·L^-1 HCl溶液的滴定曲线
B．在pH分别为6.37及10.25时，溶液中c(H₂CO₃)=c(HCO₃^－)=c(CO₃^2－)
C．人体血液的pH约为7.4，则CO₂在血液中多以HCO₃^－形式存在
D．若用CO₂和NaOH反应制取NaHCO₃，宜控制溶液的pH为7～9之间

镍氢电池()目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。中的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：

已知：

下列说法正确的是

A．	电池放电过程中，正极的电极反应式为：
B．	充电过程中离子从阳极向阴极迁移
C．	充电过程中阴极的电极反应式,中的被还原
D．	电池中可以用溶液、氨水等作为电解质溶液

污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某化学研究小组利用软锰矿（主要成分为，另含有少量头铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的，又制得电池材料（反应条件已略去）。

请回答下列问题：
（1）上述流程脱硫实现了（选填下列字母编号）。
A．废弃物的综合利用   B．白色污染的减少   C．酸雨的减少
（2）用能除去溶液中和，其原因是。
（3）已知：25℃、101时，  

  

  

与反应生成无水的热化学方程式是。
（4）可作超级电容器材料。用惰性电极电解溶液可制得，其阳极的电极反应式是。
（5）是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是。
（6）假设脱除的只与软锰矿浆中的反应。按照图示流程，将（标准状况）含的体积分数为%的尾气通入矿浆，若的脱除率为89.6%，最终得到的质量为，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于。

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。溶于混合有机溶剂中，通过电解质迁移入晶格中，生成。

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）可与和，在高温下反应，生成，反应的化学方程式为。在酸性溶液中歧化，生成和的物质的量之比为。

．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          。

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      。