高中化学化学电源新型电池试题

工业上将煤气化过程中生成的CO和H₂在一定条件下反应制得甲醇，反应的方程式为：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。请根据图示回答下列问题：

（1）从反应开始到平衡，用H₂浓度变化表示的平均反应速率v(H₂) =____   ；平衡时CO的转化率为____          。
（2）该反应的平衡常数表达式为              ；若升高反应温度，该反应的平衡常数将    （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）若在一定温度下，向一恒压容器中充人1 mol CO、2mol H₂和1 mol CH₃OH，反应达到平衡时，测得混合气体的密度是同温同压下起始混合气体密度的0.8倍，则到达平衡状态前该反应向____    （填“正”或“逆”）反应方向进行。
（4）根据图二，甲醇分解的热化学方程式为               。
（5）若以甲醇为原料制成燃料电池，在碱性介质中负极的电极反应式为____      。

已知某镍镉(Ni—Cd)电池的电解质溶液为KOH溶液，其放电按下式进行：
Cd＋2NiOOH＋2H₂O=Cd(OH)₂＋2Ni(OH)₂。有关该电池的说法正确的是(    )

A．充电时阳极反应：NiOOH＋H2O＋e^－===Ni(OH)2＋OH^－

B．充电过程是电能转化为化学能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH^－向正极移动

(14分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H₂反应生产CH₃OH，并开发出甲醇燃料电池。
（1）已知：CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)    △H＝－283.0 kJ·mol^－1
2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)    △H＝－1453.0 kJ·mol^－1
则CH₃OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H₂O(l)的热化学方程式为              。
（2）工业上常利用反应CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。

230℃的实验结果所对应的曲线是      （填字母）；该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H₂):n(CO) 的比值范围是       （填字母） 。
A．1～1.5        B．2.5～3       C．3.5～4.5
（3）制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：H₂O(g)+CO(g)H₂(g)+CO₂(g) △H＜0，某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题：
①该温度下，若起始时c(CO)="1" mol·L^－1，c(H₂O)="2" mol·L^－1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.5 mol·L^－1，则此时该反应v(正)       v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。
②若降低温度，该反应的K值将   （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^－向      极移动（填“a”或“b”）。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的离子方程式为                     。

酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是有碳粉，二氧化锰，氯化锌和氯化铵等组成的填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可以得到多种化工原料，有关数据下图所示：
溶解度/（g/100g水）

化合物	Zn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp近似值	10^-17	10^-17	10^-39

回答下列问题：
（1）该电池的负极为         ，正极反应式为                ，
（2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论消耗Zn        g（已知F=96500C/mol）。
（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵，两者可以通过         分离回收，滤渣的主要成分是二氧化锰、       和       ，欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是            ，其原理是            。
（4）用废电池的锌皮制作七水合硫酸锌，需去除少量杂质铁，其方法是：加入稀硫酸和双氧水，溶解，铁变为          加碱调节PH为            ，铁刚好完全沉淀（离子浓度≤1×10-5mo1·L^－1时即可认为离子沉淀完全）继续加碱调节PH为       锌开始沉淀（假定此时溶液中Zn²⁺的浓度为0.1 mo1·L^－1）。若上述过程不加双氧水的后果           ，原因是             。

实验小组中甲同学按图完成实验,发现电流计指针偏转，乙同学将图中盐桥(琼脂和饱和氯化钾)换成U形铜丝代替盐桥，发现电流计指针也发生偏转，以下说法正确的是

A．甲同学实验过程中，ZnSO4溶液中阴离子总浓度不会发生改变

B．甲同学实验过程中，Zn片被氧化，铜片被还原

C．乙同学将盐桥换成铜丝后，导线中电流方向不会发生变化

D．乙同学将盐桥换成铜丝后，U形铜丝的两端电极反应类型一致

（1）对工业合成氨条件的探索一直是化学工业的重要课题，在恒温恒容的甲容器、恒温恒压的乙容器中分别进行合成氨反应，如下图（图中所示数据均为初始物理量）。t分钟后反应均达到平衡，生成NH₃均为0.4mol（忽略水对压强的影响及氨气的溶解）。

①判断甲容器中的反应达平衡的依据是           .（填写相应编号）

A．压强不随时间改变

B．气体的密度不随时间改变

C．c(N2)不随时间改变

D．单位时间内生成2molNH3的同时消耗1molN2

E．单位时间内断裂3 mol H-H键，同时断裂6 mol N-H键
②该条件下甲容器中反应的平衡常数K=
③该条件下，若向乙中继续加入0.2mol N₂，达到新平衡时N₂转化率=             。
（2）某甲醇（CH₃OH）燃料电池原理如图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为_______________________________.
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解池的总反应离子方程式为：                                      . 假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为______________（忽略溶液体积变化）.

镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd + 2NiOOH + 2H₂OCd(OH）₂ + 2Ni(OH）₂ 有关该电池说法正确是

A．充电时阳极反应：Ni(OH）2－e^- + OH^- ="NiOOH" + H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH^-向正极移动

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

2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系，下列叙述错误的是（ ）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2Ox+xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li^+从b向a迁移

科学家们在研制一种吸气式的锂—空气电池，工作时吸收空气中的氧气在多孔金制成的正极表面上反应。总反应可表示为2Li＋O₂Li₂O₂下列有关说法正确的是

A．充电时，多孔金制成的电极外接电源负极

B．放电时，Li^＋从负极向正极移动

C．放电时，吸收空气中22.4 L的O2，就有2 mol e^－从电池负极流出

D．该电池可使用含Li^＋的水溶液作电解质溶液

据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH₃OH+3O₂ + 4OH^-   2CO₃^2-+6H₂O，则下列说法错误的是

A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极

B．充电时电解质溶液的pH逐渐增大

C．放电时负极的电极反应为：CH3OH - 6e^- + 8OH^-=CO3^2-+6H2O

D．充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子

甲醇来源丰富，价格低廉，是一种重要的化工原料，有着非常重要、广泛的用途。工业上通常用水煤气在恒容、催化剂和加热的条件下生产甲醇，其热化学方程式为：
2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)   ΔH=-90.8kJ/mol。
（1）该反应的平衡常数表达式为：K=      ，如升高温度，K值将     （填：增大、减小或不变）。
（2）以下各项不能说明该反应达到平衡状态的是            .
A、混合气体的密度保持不变         B、甲醇的质量分数保持不变
C、CO的浓度保持不变              D、2v_逆(H₂)=v_正(CH₃OH)
（3）在210⁰C、240⁰C和270⁰C三种不同温度、2L恒容密闭容器中研究合成甲醇的规律。

上图是上述三种温度下不同的H₂和C0的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol)与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是       。由起始达到a点所需时间为5min，则H₂的反应速率      mol/(L·min)。
（4）某兴趣小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，正极是     极（填“a”或 “b”）；
②该电池负极反应的离子方程式为                                    。