高中化学化学电源新型电池试题

中国首个空间实验室——“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),它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。下图为RFC工作原理示意图，a、b、c、d均为Pt电极。下列说法正确的是（    ）

A．B区的OH^－通过隔膜向a电极移动，A区pH增大
B．图中右管中的OH^－通过隔膜向c电极移动，d电极上发生还原反应
C．c是正极,电极上的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑
D．当有1mol电子转移时，b电极产生气体Y的体积为11.2L

近年来科学家研制了一种新型的乙醇电池（DEFC），它用磺酸类质子作溶剂，在200℃左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更加安全．电池总反应式为：C₂H₅OH+3O ₂ →2CO ₂+ 3H₂O．下列说法不正确的是（ ）
A．1mol乙醇被氧化转移6mol电子
B．C₂H₅OH在电池的负极上参加反应
C．在外电路中电子由负极沿导线流向正极
D．电池正极的电极反应式为4H⁺+O₂+4e^-=2H₂O

以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池示意图如图所示。
关于该电池的叙述正确的是

A．该电池能够在高温下工作

B．电池的负极反应为： C6H12O6＋6H2O－24e^－＝6CO2↑＋24H^＋

C．放电过程中，H^＋从正极区向负极区迁移

D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L

近来，制备和利用氢气这一清洁能源已有多项成果。
（1）德国克莱斯公司成功研制了甲醇(CH₃OH)制氢车载燃料电池工艺，其原理如下流程图所示：

①流程图中，甲醇与水在选择氧化器中反应生成二氧化碳和氢气，写出该反应的化学方程式            
②该车载燃料电池的介质为碱性环境，请写出该燃料电池的正极反应式为                            
（2）美国Bay等工厂成功研制了以甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

①此流程的第Ⅱ步反应为：CO(g)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO₂(g)，该反应的化学平衡常数表达式K＝     
②此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如下表，在830 ℃、以表中的物质的量(单位为mol)投入恒容反应器发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有________(填实验编号)。

温度/℃	400	500	830	1 000
平衡常数K	10	9	1	0.6
实验编号	n(CO)	n(H2O)	n(H2)	n(CO2)
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	3	3	0	0
D	0.5	2	1	1

③若400 ℃时，第Ⅱ步反应生成1 mol氢气的热效应值为33.2kJ，第Ⅰ步反应的热化学方程式为：CH₄(g) ＋ H₂O(g) === 3H₂(g) ＋ CO(g) ΔH＝－103.3 kJ·mol^－1则400 ℃时，甲烷和水蒸反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为：                          
（3）我国科学家研究了常温下利用Pt等催化剂在可见光作用下使水分解制氢气的方法，下图是三种催化剂在光照分解水实验中的效果比较图。

要得出如图所示的实验结果，需要测定的实验数据是             ，本实验的目的是                 。

氢气是一种清洁能源，氢气的制取是氢能源利用领域的研究热点；氢气也是重要的化工原料。
（1）纳米级的Cu₂O可作为太阳光分解水的催化剂．一定温度下，在2L密闭容器中加入纳米级Cu₂O并通入0.10mol水蒸气发生反应：
2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g）△H=+484kJ•mol^﹣1，不同时段产生O₂的量见下表：

时间/min	20	40	60	80
n（O2）/mol	0.0010	0.0016	0.0020	0.0020

上述反应过程中能量转化形式为光能转化为          能，达平衡过程中至少需要吸收光能为         kJ（保留三位小数）。
（2）氢气是合成氨工业的原料，合成塔中每产生2mol NH₃，放出92.2kJ热量．已知：

则1mol N﹣H键断裂吸收的能量约等于           。
（3）已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=﹣483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
则H₂还原NO₂生成水蒸气和氮气反应的热化学方程式是                      。
（4）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是 H₂+2NiO(OH)  2Ni(OH)₂。请由总反应式回答：
1.电解质溶液应该是               （选填酸溶液、碱溶液），
②.电池放电时，负极反应式为                      ，
3.外电路中每通过0.2N_A个电子时，H₂的质量理论上减小             g，
4.电池工作时，电子由     极通过外电路流向       极（选填正、负）。

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，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不变

D．放电时电池正极反应为：FePO4＋Li^＋＋e^－＝LiFePO4

由NO₂、O₂、熔融盐NaNO₃组成的燃料电池如图所示，在使在过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是（ ）

A．石墨I极为正极，石墨II极为负极

B．Y的化学式可能为NO

C．石墨I极的电极反应式为NO2+NO3^――e^－═N2O5

D．石墨II极上发生氧化反应

已知某碱性硼化钒(VB₃)一空气电池工作时发生反应为：11O₂＋4VB₂=2V₂O₅＋4B₂O₃。以该电池作为电源，使用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过0.04mol电子时，B装置内共收集到0.448L气体(标准状况)，则下列说法正确的是

A．VB2电极发生的电极反应为：2VB2＋11H2O－22e^－=V2O5＋2B2O3＋22H^＋

B．若B装置内的液体体积为400mL，则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.025mol/L

C．电解过程中，b电极表面先有红色物质析出，然后有气泡产生

D．外电路中电子由a电极流向b电极

空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，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。下图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是(   )

A．当有0.1 mol电子转移时，a极产生1.12 L O2(标况)
B．b极上发生的电极反应是：2H＋ 2e－ =  H2↑
C．d极上发生的电极反应是：O2 ＋ 4H＋ ＋ 4e－ =  2H2O
D．c极上进行还原反应，B中的H＋可以通过隔膜进入A

硼化钒(VB₂)-空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如下，该电池工作时反应为： 4VB₂ + 11O₂→4B₂O₃ + 2V₂O₅。下列说法正确的是（  ）

A．电极a为电池负极

B．VB2中V的化合价为+4价

C．电子由VB2极经KOH溶液流向a电极

D．VB2极发生的电极反应为：2VB2 + 22OH^−－22e^−＝V2O5 + 2B2O3 + 11H2O

被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效 率的特点．右图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH 溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连 续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：

（1）写出氢氧燃料电池工作时负极反应方程式：
负极：                                   。
（2）为了获得氢 气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在高温、催化剂作用下制取氢气．写出丙烷和 H2O 反应生成 H2 和 CO 的化学方程式：                       
（3）若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，负极反应式为 ：                   电池总离子反应方程式为                   。
（4）若将此燃料电池改进为直接以有机物 A 和氧气为原料进行工作，有机物 A 只含有 C、H、 O 三种元素，常用作有机合成的中间体。16.8 g 该有机物经燃烧生成 44.0 g CO2 和 14.4 g H2O ；质谱图表明其相对分子质量为 84，红外光谱分析表明 A 分子中含有 O—H 键和位于分子端的-C≡C-键，核磁共振氢谱有三个峰，峰面积为 6:1:1。A 的分子式是                  A的结构简式是                   

甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成．电池的总反应式为2CH₃OH+3O₂+4OH^－═2CO+6H₂O．则下列说法正确的是

A．电池放电时通入空气的电极为负极

B．电池放电时负极的电极反应式为CH3OH－6e^－+H2O═CO2↑+6H^+

C．由于CO水解显碱性，电池放电时，电解质溶液的pH逐渐增大

D．电池放电时每消耗1molCH3OH转移6mol电子

工业废水随意排放会造成严重污染，根据成分不同可采用不同的处理方法。
（1）电池生产工业废水中常含有Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去。已知室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2。
①请用离子方程式说明上述除杂的原理______________________。
②FeS高温煅烧产生的SO₂气体通入下列溶液中，能够产生沉淀的是_________（填序号）
A．Ba(NO₃)₂  B．BaCl₂
C．Ba(OH)₂ D．溶有NH₃的BaCl₂溶液
③已知元素在高价态时常表现氧化性，若在酸性CuSO₄溶液中加入一定量的Na₂SO₃和NaCl溶液，加热，生成CuCl沉淀，则生成CuCl的离子方程式是___________。
（2）电解法处理酸性含铬废水（主要含有Cr₂O₇^2-）时，在废水中加入适量NaCl，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在如下反应Cr₂O₇²+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，最后Cr³⁺ 以Cr(OH)₃形式除去，下列说法不正确的是______（填序号）
A．阳极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺
B．电解过程中溶液pH减小
C．过程中有Fe（OH）₃沉淀生成
D．电路中每转移12 mol电子，最多有2mol Cr₂O₇^2-被还原
（3）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池。右图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中，a电极作_________极（填“正”“负”“阴”或“阳”），其电极反应式为___________。

镁-空气电池的工作原理如右图所示。下列说法不正确的是（   ）

A．工作一段时间后，c（Na^+）变大	B．电池工作时，OH^-向a极移动
C．气体X 中N2的百分含量与空气相同	D．电池总反应为2Mg+O2+2H2O＝2Mg(OH)2

Li﹣Al/FeS电池是一种正在开发的电动车用二次电池，该电池反应式为：2Al+6Li⁺+3FeS=2Al³⁺+3Li₂S+3Fe．有关该电池的下列说法中，错误的是（ ）

A．作为二次电源，该电池在使用的过程中至少存在3种形式的能量转化

B．Li﹣Al在电池中作为负极材料，负极的电极反应式为Li﹣e^﹣=Li^+

C．该电池替代现在电动车广泛使用的铅蓄电池可以减少重金属的污染

D．充电时，阳极发生的电极反应式为：Li2S+Fe﹣2e^﹣=2Li^++FeS