高中化学化学电源新型电池试题

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）都是高效清洁能源。工业上利用煤的气化产物（水煤气）合成甲醇和二甲醚。回答下列问题：
（1）制备二甲醚最后一步反应由Al₂O₃催化甲醇脱水合成，反应方程式为                      。
（2）已知：CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH (g)  △H= —90.1kJ·mol^-1 CO(g)的燃烧热是282.8 kJ·mol^-1；H₂的燃烧热是285.8 kJ·mol^-1写出表示CH₃OH (g) 燃烧热的热化学反应方程式                                。
（3）二甲醚直接燃料电池比甲醇直接燃料电池更高效，等质量的二甲醚和甲醇完全放电转移电子的物质的量之比是          。用二甲醚直接燃料电池电解足量饱和食盐水，当消耗9.2g二甲醚时理论上阴极产生的气体的体积为        L。（标况下）
（4）在合成中伴有水煤气交换反应：CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)，等物质的量的CO(g)和H₂O(g)加入密闭容器中反应，平衡时测得结果如下表。

温度	260℃	280℃	295℃	310℃
CO转化率	89%	80%	75%	60%

①请解释CO转化率随温度变化的关系                                        。
②列式计算280℃时平衡常数                          。
③若平衡体系中，测得H₂的压强占总压的30%，要使体系中CO转化率达到70%，应该使温度             （填“升高”、“降低”、“不变”）

明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O] 在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化；造纸工业上作施胶剂；食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料——铝灰（含Al 、 Al₂O₃及少量SiO₂和FeO ·xFe₂O₃）可制备明矾。工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）明矾净水的原理是（用离子方程表示）                 
（2）操作Ⅰ是        ，操作Ⅱ是蒸发浓缩、         、过滤、          干燥。
（3）检验滤液A中是否存在Fe²⁺的方法是                     （只用一种试剂）
（4）在滤液A中加入高锰酸钾的目的是            ，发生反应的离子方程式为（该条件下Fe²⁺转化为Fe³⁺，MnO₄^- 转化为Mn²⁺）                          。
已知：生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示

	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
开始沉淀时	3.4	6.3	1.5
完全沉淀时	4.7	8.3	2.8

注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L^-1
根据表中数据解释调pH=3的目的                                               。
（5）己知:在pH=3、加热条件下，MnO₄^- 可与Mn²⁺反应生成MnO₂。加入MnSO₄发生反应的离子方程式为：                                    。滤渣2含有的物质是                                。
（6）以Al和NiO(OH)为电极，KOH溶液为电解液可组成新型、高效电池，充放电过程中，发生Ni(OH)₂与NiO(OH)之间的转化，写出放电时电池反应的化学方程式            。

高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂。其生产工艺如下：

已知：①  2KOH + Cl₂ =" KCl" + KClO + H₂O（条件：温度较低）
②  6KOH + 3Cl₂ =" 5KCl" + KClO₃ + 3H₂O（条件：温度较高）
③  2Fe(NO₃)₃ + 2KClO + 10KOH = 2K₂FeO₄ + 6KNO₃ + 3KCl + 5H₂O
回答下列问题：
（1）该生产工艺应在             （填“温度较高”或“温度较低”）的情况下进行；
（2）写出工业上制取Cl₂的化学方程式                                   ；
（3）K₂FeO₄可作为新型多功能水处理剂的原因                            ；
（4）与MnO_{2 —} Zn电池类似，K₂FeO_{4 —} Zn也可以组成碱性电池，K₂FeO₄在电池中作为正极材料，其电极反应式为________，该电池总反应的离子方程式为_____。
（5）在“反应液I ”中加KOH固体的目的是①            ，②               ；
（6）从“反应液II ”中分离出K₂FeO₄后，副产品是              （写化学式）。

某矿石中除含SiO₂外，还有9.24% CoO、2.78% Fe₂O₃、0.96% MgO、0.084 % CaO，从该矿石中提取钴的主要工艺流程如下：
    
（1）在一定浓度的H₂SO₄溶液中，钴的浸出率随时间、温度的变化如右图所示。考虑生产成本和效率，最佳的浸出时间为        小时，最佳的浸出温度为         ℃。
（2）请配平下列除铁的化学方程式：
Fe₂(SO₄)₃+ H₂O+ Na₂CO₃= Na₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂↓+  Na₂SO₄+  CO₂↑   
（3）“除钙、镁”的原理反应如下：MgSO₄+2NaF=MgF₂↓+Na₂SO₄； CaSO₄+2NaF=CaF₂↓+Na₂SO₄。已知K_SP(CaF₂)=1.11×10^-10、K_SP(MgF₂)=7.40×10^-11，加入过量NaF溶液反应完全后过滤，则滤液中的c(Ca²⁺)/c(Mg²⁺)=           。
（4）“沉淀”中含杂质离子主要有                    ；“操作X”名称为             。
（5）某锂离子电池正极是LiCoO₂，含Li⁺导电固体为电解质。充电时，Li⁺还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6(C₆)中，电池反应为LiCoO₂+ C₆CoO₂+ LiC₆。LiC₆中Li的化合价为     价。若放电时有1mole^－转移，正极质量增加   g。

为回收利用废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

   回答下列问题：
⑴工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，写出该反应的化学方程式             。
⑵图中所示滤液中含钒的主要成分为      （写化学式）。
⑶该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式             ；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度。根据下图判断最佳控制氯化铵系数和温度为       、       。

⑷用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，完成反应的离子方程式为□VO₂⁺＋□H₂C₂O₄＋□_____＝□VO²⁺＋□CO₂↑＋□H₂O。
⑸全矾液流电池的电解质溶液为VOSO₄溶液，电池的工作原理为VO₂⁺＋V²⁺＋2H⁺ VO²⁺＋H₂O＋V³⁺，电池充电时阳极的电极反应式为          。

运用化学反应原理分析解答以下问题
（1）已知： ①CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)              △Hl= －91kJ·mol^－l
②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H2= －24 kJ·mol^－l                ③CO(g) +H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)       △H3= －41 kJ·mol^－l
且三个反应的平衡常数依次为K₁、K₂、K₃
    则反应 3CO(g) +3H₂(g)       CH₃OCH₃(g) +CO₂(g) △H=               .
化学平衡常数K=        （用含K₁、K₂、K₃的代数式表示）。
（2）一定条件下，若将体积比为1:2的CO和H₂气体通入体积一定的密闭容器中发生反应
         3CO(g) +3H₂(g)      CH₃OCH₃(g) +CO₂(g)，下列能说明反应达到平衡状态是         。
a．体系压强保持不变    B．混合气体密度保持不变
c． CO和H2的物质的量保持不变       d．CO的消耗速度等于CO₂的生成速率
（3）氨气溶于水得到氨水。在25℃下，将x mol．L^－l的氨水与y mol．L^－1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，则c(NH₄⁺)____c（Cl^－）（填“>”、“<”、“=”）；用含x和y的代数式表示出氨水的电离平衡常数             .
（4）科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置用铂黑作电极、加入电解质溶液中，一个电极通入空气，另一电极通入NH₃。其电池反应式为：4NH₃+3O₂ = 2N₂+6H₂O，电解质溶液应显           （填“酸性”、“中性”、“碱性”），
写出正极的电极反应方程式                .

已知；①Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝a kJ·mol^－1，平衡常数为K；
②Fe₂O₃(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO₂(g)　ΔH＝b kJ·mol^－1。
测得在不同温度下，K值如下：

温度/℃	500	700	900
K	1.00	1.47	2．40

（1）反应①为__________(选填“吸热”或“放热”)反应。
（2）若500 ℃时进行反应①，CO₂的起始浓度为2 mol·L^－1，CO的平衡浓度为      。
（3）下列关于反应①的说法正确的是           。
A．达到平衡后保持其他条件不变，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动
B． 在500 ℃下反应，当c(CO₂)=c(CO)时，反应达到平衡状态
C．恒温恒容下，当容器内气体密度不再变化时，反应达到平衡状态
D．加压、升温和使用催化剂均可增大反应物的转化率
（4）由已知反应，写出Fe₂O₃(s)被CO(g)还原成FeO(s)的热化学方程式              。
（5）室温时在FeCl₃溶液中滴加NaOH溶液，当溶液pH为2．7时，Fe^3＋开始沉淀；当溶液pH为4时，c(Fe^3＋)＝__________mol·L^－1(已知：K_sp[Fe(OH)₃]＝4．0×10^－36)。
（6）新型锌空电池与锂电池相比，具有能量密度高、安全性好且成本低。该电池的总反应为2Zn+O₂===2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为_______。
若以该电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液，为保证阴极有6．4g铜析出，理论上至少需要标准状况下　　　   L空气(空气中含氧气按20%计算)进入该电池。

电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是(   )

A．当电池负极消耗mg气体时，电解池阳极同时有mg气体生成

B．电池负极反应式为：O2 + 2H2O + 4e^—＝ 4OH^—

C．电解后c(Na2CO3)不变，且溶液中有晶体析出

D．电池中c(KOH)不变；电解池中溶液pH变大

已知CO₂、SO₂、NO_x是对环境影响较大的气体，请你运用所学知识参与环境治理，使我们周围的空气更好。
（1）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃，反应混合体系
中SO₃的百分含量和温度的关系如右图所示（曲线上
点均为平衡状态）。由图可知：

①2SO₂(g) + O₂(g)2SO₃(g)的△H____0(填“>”或“<”)，若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡             移动（填“向左”、“向右”或“不移动”）；
②若温度为T₁时，反应进行到状态D时，v_(正)_______v_(逆)（填“>”、“<”或“=”）；
③硫酸厂的SO₂尾气用过量的氨水吸收，对SO₂可进行回收及重新利用，反应的化学方程式为                               、                                   ；
④新型氨法烟气脱硫技术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。其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：________(只要求写一种)；
（2）汽车尾气(含有烃类、CO、NO_x等物质)是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金作催化剂)。其前半部反应方程式为：
2CO＋2NO 2CO₂＋N₂。它的优点是                                   ；
（3）有人设想用图所示装置，运用电化学原理将CO₂、SO₂转
化为重要化工原料。

①若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，则正极电极反应式为
                               ；
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄。科研人员希望每分钟
从C处获得100 mL 10 mol/L H₂SO₄，则A处通入烟气(SO₂
的体积分数为1%)的速率为                     L/min(标准状况)。

氨在国民经济中占有重要地位。
（1）合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH₃，放出92.2 kJ热量。
① 工业合成氨的热化学方程式是                       。
② 若起始时向容器内放入2 mol N₂和6 mol H₂，达平衡后放出的热量为Q，则
Q（填“>”、“<”或“=”）_______184.4 kJ。
③ 已知：

1 mol N-H键断裂吸收的能量约等于_______kJ。
（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 
①焓变ΔH（填“>”、“<”或“=”）       0
②在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质  的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。α随着x增大而增大的原因是                        。

③ 上图中的B点处，NH₃的平衡转化率为_______。
（3）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而氮的化合物用途广泛。
下面是利用氮气制备含氮化合物的一种途径：
     
①过程Ⅱ的化学方程式是                                
②运输时，严禁NH₃与卤素（如Cl₂）混装运输。若二者接触时剧烈反应产生白烟，并且0.4 mol NH₃参加反应时有0.3 mol 电子转移。写出反应的化学方程式         
③氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料。
已知：4NH₃(g) + 3O₂(g) = 2N₂(g) + 6H₂O(g)   ΔH =" ―1316" kJ/mol，则该燃料电池的负极反应式是                。

为了防止或减少机动车尾气和燃煤产生的烟气对空气的污染，人们采取了很多措施。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g) △H＜0，
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到t₁时刻达到平衡状态的是         （填代号）。
（下图中υ_正、K、n、w分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量、质量分数）

（2）机动车尾气和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) △H＝－867 kJ/mol     ①
2NO₂(g)N₂O₄(g) ΔH＝－56.9 kJ/mol      ②
H₂O(g) ＝ H₂O(l) ΔH＝－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：                  。
（3）用NH₃催化还原NO_X也可以消除氮氧化物的污染。如图，采用NH₃作还原剂，烟气以一定的流速通过催化剂，通过测量逸出气体中氮氧化物含量，从而可确定烟气脱氮率，反应原理为：NO(g) +NO₂(g)+2NH₃(g)2N₂(g) + 3H₂O(g)。

①该反应的△H      0（填“＞”、“＝”或 “＜”）。
②对于气体反应，用某组分(B)的平衡压强(p_B)代替物质的量浓度(c_B)也可以表示平衡常数（记作K_P），
则上述反应的K_P＝                        。
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理见图，石墨I为电池的        极。  该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应为             。

（5）硝酸工业尾气中氮氧化物（NO和NO₂）可用尿素〔CO(NH₂)₂〕溶液除去。反应生成对大气无污染的气体。1 mol尿素能吸收工业尾气中氮氧化物（假设NO、NO₂体积比为1︰1）的质量为           g。

碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式。
（1）甲烷燃烧放出大量的热，可作为能源用于人类的生产和生活。
已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l） △H=" —1214" kJ/mol
②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)  △H=" —566" kJ/mol
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式                                           。
（2） 将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池。其负极电极反应式是：                              。
（3）某同学利用甲烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)₂的实验装置（如下图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是       （填序号）

A．电源中的a一定为正极，b一定为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H⁺ + 2e^－= H₂↑
（4）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积
为2L的恒容密闭容器中，进行反应：
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1．6	5
2	900	1	2	0．4	3
3	900	1	2	0．4	1

 
①实验1中，以v (H₂)表示的平均反应速率为               。
②实验3跟实验2相比，改变的条件可能是                  （答一种情况即可）

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)。t℃时，往10L密闭容器中充入2mol CO和3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H₂)=0.12mol·L^-1。则该温度下此反应的平衡常数K=     （填计算结果）。
（2）合成塔中发生反应N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中T₁    300℃（填“>”、“<”或“=”）。

T/℃	T1	300	T2
K	1.00×10^7	2.45×10^5	1.88×10^3

 
（3）氨气在纯氧中燃烧生成一种单质和水，科学家利用此原理，设计成“氨气-氧气”燃料电池，则通入氨气的电极是          （填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为                       。
（4）用氨气氧化可以生产硝酸，但尾气中的NO_x会污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH₄(g)+4NO₂(g)＝4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)   △H= －574kJ·mol^－1
CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    △H= －1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                                        。
（5）某研究小组在实验室以“Ag-ZSM-5”为催化剂，测得将NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如图。据图分析，若不使用CO，温度超过775K，发现NO的转化率降低，其可能的原因为                                    ；在n(NO)/n(CO)=1的条件下，应控制的最佳温度在       左右。

下列有关说法正确的是

A．反应SiO2(s)+ 3C(s) =" SiC(s)" + 2CO(g)室温下不能自发进行，则该反应的△H＜0

B．铅蓄电池放电过程中，正极质量增加，负极质量减小

C．25℃下，在NH3·H2O稀溶液中，加水，的值不变

D．在NaHS溶液中，滴入少量CuCl2溶液产生黑色沉淀，HS^－水解程度增大，pH增大

大气中可吸入颗粒物PM_2.5主要来源为燃煤、机动车尾气等。
（1）若取某PM_2.5样本，用蒸馏水处理，测得溶液中含有的离子有：K⁺、Na⁺、NH₄⁺、SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-，则该溶液为       （填“酸性”或“碱性”）溶液，其原因用离子方程式解释是：        。
（2）“洗涤”燃煤烟气可减轻PM_2.5中SO₂的危害，下列可适用于吸收SO₂的试剂有      
A．CaCl₂溶液     B．氨水     C．Ca(OH)₂悬浊液     D．浓H₂SO₄
（3）煤烟气中的氮氧化物可用CH₄催化还原成无害物质。若常温下，1molNO₂与CH₄反应，放出477.5kJ热量，该反应的热化学方程式是            。
（4）安装汽车尾气催化转化器也可减轻PM2.5的危害，其反应是：
2NO(g) + 2CO(g) 2CO₂(g)+ N₂(g)；△H＜0。
①该反应平衡常数表达式K=         ；温度升高K值       （填“增大”或“减小” ）
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到t₁时刻达到平衡状态的是         。

（5）使用锂离子电池为动力汽车，可减少有害气体的排放。锰酸锂离子蓄电池的反应式为：
     Li_1－xMnO₄ ＋ Li_xC LiMnO₄ ＋ C
下列有关说法正确的是          
A．充电时电池内部Li^＋向正极移动
B．放电过程中，电能转化为化学能
C．放电时电池的正极反应式为：Li_1－xMnO₄＋xe^—＋xLi^＋＝LiMnO₄
D．充电时电池的正极应与外接电源的负极相连