高中化学化学电源新型电池试题

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

氮的氢化物NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(l)   ΔH₁
②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)   ΔH₂
则反应 4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)  ΔH＝                 。(请用含有ΔH₁、ΔH₂的式子表示)
（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N₂和9 mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度/K	平衡时NH3的物质的量/mol
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1 mol N₂(g)和3 mol H₂(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH₃(g)中的化学键消耗的能量。
①则T₁       T₂(填“＞”、“＜”或“＝”)
②在T₂ K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H₂的平均速率v(H₂)=          ，平衡时N₂的转化率α(N₂)=           。
③下列图像分别代表焓变(ΔH)、混合气体平均相对分子质量()、N₂体积分数φ(N₂)和气体密度(ρ)与反应时间的关系，其中正确且能表明一段时间后该可逆反应达到了平衡状态的是           。

（3）某N₂H₄(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。

①M区发生的电极反应式为                                           。
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极)，设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时(在常温下测定)，若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N₂H₄的质量为          g(假设溶液电解前后体积不变)。

随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车届的“新宠”。特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂（LiCoO₂）电池，其工作原理如图，A 极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li⁺的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应式Li_xC₆+Li_1﹣xCoO₂C₆+LiCoO₂．下列说法不正确的是

A．据题意分析可知该隔膜只允许Li^+通过，放电时 Li^+从左边流向右边

B．充电时，A为阴极，发生还原反应

C．放电时，B为正极，电极反应式为：Li1﹣xCoO2+xLi^++xe^﹣=LiCoO2

D．废旧钴酸锂（LiCoO2）电池进行“放电处理”让Li^+进入石墨中而有利于回收

LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是

A．a处通入O2

B．b处为电池正极，发生了还原反应

C．通入O2的电极发生反应：O2+4e^-+4H^+= 2H2O

D．该装置将化学能最终转化为电能

“天宫一号”的供电系统（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放电池。右图为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电极产生1.12 L H₂
B．b极上发生的电极反应是：4H₂O＋4e^－===2H₂↑＋4OH^－
C．d极上发生的电极反应是：O₂＋4H^＋＋4e^－===2H₂O
D．c极上发生还原反应，B中的H^＋通过隔膜进入A

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

雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤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)。在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如下图所示。

据此判断：
①该反应的ΔH__________0(填“＞”或“＜”)，ΔS__________0(填“＞”或“＜”)
②在T₁温度下，0～2 s内的平均反应速率v(N₂)＝____________________。
③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若增大催化剂的表面积，则CO转化率__________（填“增大”，“减少”或“不变”）
④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________________(填字母)。

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①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。
例如：CH₄(g)＋2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)ΔH＝－867.0 kJ·mol^－1
2NO₂(g)N₂O₄(g)ΔH＝－56.9 kJ·mol^－1
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O(g)的热化学方程式_________________。
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图。电极a、b表面发生的电极反应式分别为

a：_________________________________________；
b：_________________________________________。

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列反应合成甲醇CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)  ΔH
（1）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。

温度	250 ℃	300 ℃	350 ℃
K	3.041	1.000	0.120

由表中数据判断ΔH________0 (填“＞”、“＝”或“＜”)，化学平衡常数表达式K=            ；
（2）300 ℃时，在体积为2.0 L的密闭容器中通入2 mol CO和4 mol H₂ ，经过20 s 达到平衡状态，
①计算20 s内CO的反应速率为            ，此时容器中甲醇的体积分数为              ；
②若向上述平衡体系中同时加入1mol CO，2mol H₂ 和1mol CH₃OH气体，平衡移动情况是__________(填“向右”、“向左”或“不移动”)，原因是                ；
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH(l)＋3O₂(g) = 2CO₂(g)＋4H₂O(g)  ΔH₁＝－1277.0 kJ/mol
②2CO(g)+O₂(g) = 2CO₂(g) ΔH₂＝－566.0kJ/mol
③H₂O(g) = H₂O(l) ΔH₃＝－44 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：                          ；
（4）甲醇，氧气可制作燃料电池，写出以氢氧化钾为电解质甲醇燃料电池负极反应式             ；如图，电解KI溶液制碘，在粗试管中加入饱和的KI溶液，然后再加入苯，插入一根石墨电极和一根铁电极，使用该燃料电池做电源，铁电极与             极（填正或负）相连接，通电一段时间后，断开电源，振荡试管，上层溶液为              色，当有1.27g 碘单质生成时,需要             g CH₃OH。

如图装置(Ⅰ)为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K^＋通过，该电池放电时的化学方程式为：2K₂S₂ +KI₃＝K₂S₄ +3KI。装置(Ⅱ)为电解含有0.5mol NaCl的溶液示意图，当闭合开关K时，电极X附近溶液先变红。则闭合K时，下列说法正确的是

A．K^＋从右到左通过离子交换膜

B．电极A上发生的反应为：3I^－﹣2e^-＝I3^－

C．电极X上发生的反应为：2Cl^－﹣2e^-＝Cl2↑

D．当有0.1 mol K^＋通过离子交换膜，X电极上产生1.12 L(标准状况)气体

利用如图所示原电池可测量空气中Cl₂含量，其中电解质是Ag⁺可以自由移动的固体物质。
下列分析不正确的是（  ）

A．电子经外电路流向Pt电极

B．电池工作时，电解质中Ag^+数目减少

C．正极反应：Cl2+2e^—+2Ag^+ = 2AgCl

D．空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗速率越快

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，RFC工作原理见图。下列有关说法正确的是

A．转移0.1mol电子时，a电极产生标准状况下O2 1.12L

B．b电极上发生的电极反应是：2H2O+2e^－＝H2↑+2OH^－

C．c电极上进行还原反应，B池中的H^+可以通过隔膜进入A池

D．d电极上发生的电极反应是：O2+4H^＋+4e^－＝2H2O

钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。
（1）V₂O₅是接触法制硫酸的催化剂。
① 一定条件下，SO₂与空气反应t min后，SO₂和SO₃物质的量浓度分别为a mol/L，b mol/L，则SO₂ 起始物质的量浓度为_________mol/L；生成SO₃的化学反应速率为__________mol/（L •  min）。
②工业制硫酸，尾气SO₂用__________吸收。
（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图所示：

①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为                          。
②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由        色变为            色。
③放电过程中氢离子的作用是          和           ；充电时若转移的电子数为3.01×10²³个，左槽溶液中n（H⁺）的变化量为              。

微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如下图所示。下列有关说法错误的是

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

人工光合作用能够借助太阳能，用CO₂和H₂O制备化学原料。科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄，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．GaN表面发生氧化反应，有O2产生

C．电解液中的H^+从质子交换膜右侧向左侧迁移

D．Cu表面的电极反应式CO2+8e^-+8H^+=CH4+2H2O

(15分)最近科学家提出“绿色自由”构想：把含有大量CO₂的空气吹入碳酸钾溶液中，再把CO₂从溶液中提取出来，并使之与氢气反应生成可再生能源甲醇。其工艺流程如图所示：

（1）写出分解池中反应的化学方程式为_______________；
（2）在合成塔中，若有4.4kg CO₂与足量H₂恰好完全反应，生成气态的水和甲醇，可放出4947kJ的热量，试写出该反应的热化学方程式_______________；
（3）已知合成塔中的反应是可逆的，根据平衡移动原理，低温有利于原料气的转化，而实际生产中采用300℃的温度，其原因可能是_______________；
（4）“绿色自由”构想流程中常包括物质的“循环利用”，上述流程中能体现“循环利用”的物质除碳酸钾溶液外，还包括________(化学式)。
（5）300℃时，将CO和H₂按1:3的体积比充入密闭容器中，CO₂的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：

①若其他条件不变，将A点的体积压缩至原来的一半，一段时间后反应再达平衡是，与原平衡比较下列说法正确的是________。

A．CO2的浓度减小

B．正反应速率增大，逆反应速率减小

C．CO2和H2的体积比为1:3

D．CH3OH的体积分数增大

②将1.0molCO₂和3.0molH₂置于体积不变的密闭容器中，2min时反应达到平衡，此时体系总压强为0.10MPa，用H₂表示的反应速率为1.2mol/(L·min)，则密闭容器的体积是____L。
（6）甲醇可制作燃料电池。以氢氧化钾溶液为电解质的负极反应式是__________。当转移的电子的物质的量为_______mol时，参加反应的氧气的体积是6.72L(标准状况下)。