高中化学化学电源新型电池试题

LiFePO₄电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点。某电极的工作原理如左下图所示，该电池电解质为能传导 Li⁺的固体材料。

（1） 放电时，该电极为_____极，电极反应为__________________________
（2） 充电时该电极连接外接电源的______极
（3） 放电时，电池负极的质量_______(减少、增加、不变)
（4） LiOH可做制备锂离子电池电极的材料，利用如右上图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。阴极区电解液为__________溶液（填化学式），离子交换膜应使用__________(阳、阴)离子交换膜。

如图是一个甲烷燃料电池工作时的示意图。M、N两电极的质量相同，其中一个为银电极一个为铁电极。

（1）写出通入甲烷的铂电极上的电极反应式为__________________________。 
（2）若一段时间后M与N两电极的总质量不变，则N电极是             。此时两电极质量差为5.4g，甲池中理论上消耗氧气          mL(标准状况)
（3）若一段时间后M与N两电极的总质量增加4g，N电极质量变化为________克。

人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O来制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是

A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生

C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强

D．催化剂b表面的反应是CO2 +2H^++2e^一=HCOOH

当前我国环境状况不容乐观，其中PM2.5、CO、S0₂、NOx等污染物对空气质量的影响非常显著，其主要来源为燃煤、机动车尾气等，因此，对其进行研究具有重要意义。
（1）对某地PM2.5样本用蒸馏水处理后，测得该试样中的化学组分及其平均浓度如下表：

根据表中数据计算该试样的pH=             
（2）NOx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，其能量变化如图1所示。

①写出N₂和0₂反应的热化学方程式：________。
②有人设想将C0按下列反应除去：2CO(g)= 2C(s)+0₂(g)△H>O，请你分析该设想能否实现？          （填“是”或“否”），依据是                           
③用图2所示原电池原理也可以除去CO，则其负极反应式为：________。
（3）有人设想利用反应NaOH+S0₂=NaHS0₃将SO₂吸收除去，然后用石灰水又可使NaOH再生。再生的离子方程式为：                    。
（4）利用I₂0₅消除CO污染的反应为：5CO(g)+I₂0₅(s)—兰5CO₂(g)+I₂(s)，不同温度下，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图3．则：
①该反应的化学平衡常数表达式为K=____    。
②T₁与T₂化学平衡常数大小关系：K(T₁)__________K(T₂)（填“>”、“<”或“=”）

液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼( N₂H₄)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是

A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极

B．负极发生的电极反应式为：N2H4+4OH^- - 4e^-=N2+ 4H2O

C．该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触

D．该燃料电池持续放电时．K^+从负极向正极迁移，因而离子交换膜需选用阳离子交换膜

NO₂、O₂和熔融KNO₃可制作燃料电池，其原理如图，该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是

A．O2在石墨Ⅱ附近发生氧化反应

B．该电池放电时NO3^－向石墨Ⅱ电极迁移

C．石墨Ⅰ附近发生的反应：3NO2 +2e^－ NO+ 2NO3^－

D．相同条件下，放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为4∶1

二甲醚（DME）一种清洁的替代燃料，不含硫，不会形成微粒，而且与汽油相比，排放的NO₂更少，因此是优良的柴油机替代燃料。工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下（复合催化剂为CuO/ZnO/Al₂ O₂）：2CO（g)+4H₂（g)CH₃OCH₃（g)+H₂O（g) △H=-204.7kJ/mol。
（1）600℃时，一步法合成二甲醚过程如下：
CO（g)+2H₂（g)=CH₃OH（g)          △H₁=-100．46kJ/mol
2CH₃OH（g)=CH₃OCH₃（g)+H₂O（g)    △H₂
CO（g)+H₂O（g)=CO₂（g)+H₂（g)     △H₃=-38．7kJ/mol
则△H₂=         。
（2）以DME为燃料，氧气为氧化剂，在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池，则通入氧气的电极是电源的    （填正、负）极，通DME的电极反应为       。

（1）甲醇(CH₃OH)是重要的能源物质，研究甲醇具有重要意义。为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2-。电池工作时正极反应式为                    。
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100 mL含有如下离子的溶液。

离子	Cu^2+	H^+	Cl^-	SO4^2-
c/mol·L^-1	1	4	4	1

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)，阳极上收集到氧气标况下的体积为       L。
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用右图装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式                      ；
②除去甲醇的离子反应为                                        ，该过程中被氧化的元素是_____     ，当产生标准状况下2.24 L CO₂时，共转移电子    mol。

全球气候变暖已经成为全世界人类面临的重大问题，温家宝总理在“哥本哈根会议”上承诺到2020年中国减排温室气体40%．

（1）降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为2L的恒容密闭容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=﹣49.0kJ/mol．测得CO₂和CH₃OH_（g）的浓度随时间变化如图1所示．
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=___mol/（L•min）；
②氢气平衡时的物质的量浓度为___________；
③下列措施中能使平衡体系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是___________．

A．升高温度

B．充入He（g），使体系压强增大

C．将H2O（g）从体系中分离出去

D．再充入1mol CO2和3mol H2

④当反应达到平衡时， H₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入1mol CH₃OH和1mol H₂O，待反应再一次达到平衡后，H₂的物质的量浓度为c₂．则c₁______c₂的关系（填＞、＜、=）．
（2）减少温室气体排放的关键是节能减排，大力开发利用燃料电池就可以实现这一目标．如图2所示甲烷燃料电池就是将电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定．将其插入KOH溶液从而达到吸收CO₂的目的．请回答：

①通入甲烷一极的电极反应式为___________；
②随着电池不断放电，电解质溶液的pH______（填“增大”、“减小”或“不变”）．
③通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率___________（填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃烧的能量利用率．

（1）已知N≡N、N﹣H、H﹣H的键能分别为946kJ•mol^﹣1、390kJ•mol^﹣1、436kJ•mol^﹣1．试根据盖斯定律，写出合成氨反应的热化学方程式__________________________________________。
（2）在通常状况下，足量氢氧化钠的稀溶液与含溶质为1mol的稀硫酸完全反应时放出akJ的热量，写出该反应中和热的热化学方程式______________________________________________________。
（3）以镁和铝为电极，以NaOH作电解质溶液，构成原电池时，铝做负极，其电极反应式为__________；
与MnO₂﹣Zn电池类似，K₂FeO₄﹣Zn也可以组成碱性电池，K₂FeO₄在电池中作为正极材料，在反应中还原产物为Fe(OH)₃ ,则正极电极反应式为__________________________________________。

已知：锂离子电池的总反应为：C+LiCoO₂；锂硫电池的总反应为：2Li+SLi₂S有关上述两种电池说法正确的是（  ）

A．锂离子电池放电时，Li^+向负极迁移

B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应

C．理论上两种电池的比能量相同

D．右图中表示用锂离子电池给锂硫电池充电

全钒氧化还原液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置，该电池是将具有不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的酸性电解液储罐中。其结构原理如图所示，该电池放电时，右槽中的电极反应为V²⁺-e^-=V³⁺，下列说法正确的是（  ）

A．放电时，右槽发生还原反应

B．放电时，左槽电解液pH升高

C．充电时，阴极的电极反应式：VO2^++2H^++e^-=VO^2++H2O

D．充电时，每转移1 mol电子，n(H^+)的变化量为1 mol

LiFePO₄新型锂离子动力电池以其独特的优势成为奥运会绿色能源的新宠．已知该电池放电时的电极反应式为：正极 FePO₄+Li⁺+e^﹣=LiFePO₄； 负极 Li﹣e^﹣=Li⁺下列说法中正确的是（  ）

A．充电时电池反应为FePO4+Li=LiFePO4

B．充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的负极相连

C．放电时电池内部Li^+向正极移动

D．放电时，在正极上是Li^+得电子被还原

北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷(C₃H₈)，亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯(C₃H₆)。
（1）丙烷脱氢可得丙烯。
已知：C₃H₈(g)═CH₄(g)+HC≡CH(g)+H₂(g)△H₁=+156.6kJ/mol
CH₃CH=CH₂(g)═CH₄(g)+HC≡CH(g)△H₂=+32.4kJ/mol
则相同条件下，反应C₃H₈(g)═CH₃CH=CH₂(g)+H₂(g)的△H=       kJ·mol^－1。
（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为                               ；放电时CO₃^2－移向电池的        (填“正”或“负”)极。
（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO₂和H₂O。常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH =5.60，c(H₂CO₃)=1.5×10^-5 mol·L^-1。若忽略水的电离及H₂CO₃的第二步电离，则H₂CO₃HCO₃^－＋H^＋的平衡常数K₁=               mo1/L。(已知10^-5.60=2.5×10^-6)
（4）常温下，0.1 mo1/L NaHCO₃溶液的pH大于8，则溶液中c(H₂CO₃)   c(CO₃^2－)(填“＞”、“＝”或“＜”)，原因是                           (用简要的文字明)。

一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（   ）

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子

B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH^－－2e^－=2H2O

C．电池工作时，CO3^2^－向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e^－=2CO3^2^－