高中化学化学电源新型电池试题

目前“低碳经济”备受关注。CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。试利用所学知识，解决下列问题。
目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题．试运用所学知识，解决下列问题：
（1）已知某反应的平衡表达式为：它所对应的化学反应为：_________________
（2）一定条件下，将C（s）和H₂O（g）分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生（1）中反应：其相关数据如表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需的时间/min
C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2	8
乙	1	T2	1	2	1.2	3

①T₁℃时，该反应的平衡常数K=  
②乙容器中，当反应进行到1.5min时，H₂O（g）的物质的量浓度      （填选项字母）．
A．=0.8mol•L^﹣1          B．=1.4mol•L^﹣1   
C．＜1.4mol•L^﹣1         D．＞1.4mol•L^﹣1
③丙容器的容积为1L，T₁℃时，按下列配比充入C（s）、H₂O（g）、CO₂（g）和H₂（g），达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是  （填选项字母）．
A.0.6mol、1.0mol、0.5mol、1.0mol   
B.0.6mol、2.0mol、0mol、0mol
C.1.0mol、2.0mol、1.0mol、2.0mol   
D.0.25mol、0.5mol、0.75mol、1.5mol
（3）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[]	500K	600K	700K	800K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①该反应的焓变△H  0，熵变△S  0（填＞、＜或=）．
②用甲醚作为燃料电池原料，在碱性介质中该电池负极的电极反应式  ．若以1.12L•min^﹣1（标准状况）的速率向该电池中通入甲醚（沸点为﹣24.9℃），用该电池电解500mL 2mol•L^﹣1 CuSO₄溶液，通电0.50min后，理论上可析出金属铜  g．

(17分)二甲醚是一种重要的清洁燃料。合成二甲醚是解决能源危机的研究方向之一。

（1）用CO₂和H₂可以合成二甲醚(CH₃OCH₃)
（2）已知在一定温度下，以下三个反应的平衡常数为k₁、k₂、k₃：

（3）二甲醚(CH₃OCH₃)燃料电池可以提升能量利用率。利用二甲醚酸性介质燃料电池电解100mL 1mo1 的食盐水(惰性电极)，电解一段时间后，收集到标况下的氢气2.24L(设电解后溶液体积不变)
①二甲醚燃料电池的负极反应式为_____________。
②电解后溶液的PH=_________________________
（4）工业合成氨的反应为：mol^-1
已知合成氨反应在某温度下2L的密闭绝热容器中进行，测得数据如下表：

根据表中数据计算：
①0 min～1 min内N₂的平均反应速率为_________
②该条件下反应的平衡常数k=________(保留两位小数)
③反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N₂、H₂、NH₃各1mol，
化学平衡向_______(填“正向”、“逆向”或“不移动”)，该反应的平衡常数k___________(填“变大”“减小”或“不变”)
（5）常温下，将0.2molHCOOH和0.1molNaOH溶液等体积混合，所得溶液的PH<7，说明HCOOH的电离程度____________HCOONa的水解程度(填“大于”或“小于”)。
该溶液中[HCOOH]-[OH^-]+[H⁺]=______mol

(14分)据图回答下列问题：

Ⅰ、（1)若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象是             负极反应式为：_______。
（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为________(填Mg或Al)，总反应化学方程式为___________。
Ⅱ、由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其正极的电极反应式为_________。
Ⅲ、中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为_______，c口通入的物质为______。
②该电池负极的电极反应式为：_______
③工作一段时间后，当12．8 g甲醇完全反应生成CO₂时，______________N_A个电子转移。

铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是          (只写离子方程式)。
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe＋CuSO₄=Cu＋FeSO₄设计的原电池，请在图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为         ；
若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1 mol NaCl溶液400 mL，当阳极产生的气体为448 mL(标准状况下)时，溶液的pH= (假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu^2＋等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下K_sp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，              直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu^2＋。

(14分)“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为化学家研究的主要课题。
（1）将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2 L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
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	d	t

①实验2条件下平衡常数K=           。
②实验3中，若平衡时，CO的转化率大于水蒸气，则a/b 的值_______(填具体值或取值范围)。
③实验4，若900 ℃时，在此容器中加入CO、H₂O、CO₂、H₂均为1 mol，则此时V_正    V_逆(填“＜”，“＞”，“=”)。
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH(l)＋3O₂(g) ＝ 2CO₂(g)＋4H₂O(g)     ΔH＝－1275.6 kJ·mol^－1
②2CO (g)＋ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)    ΔH＝－566.0 kJ·mol^－1
③H₂O(g) ＝ H₂O(l)    ΔH＝－44.0 kJ·mol^－1
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：____________
（3）已知草酸是一种二元弱酸，草酸氢钠(NaHC₂O₄)溶液显酸性。常温下，向10 mL 0.01 mol·L^－1 H₂C₂O₄溶液中滴加10 mL 0.01 mol·L^－1 NaOH溶液时，比较溶液中各种离子浓度的大小关系              ；
（4）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_sp=2.8×10^－9。CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀，现将等体积的CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合，若Na₂CO₃溶液的浓度为2×10^－4 mol·L^－1，则生成沉淀所需CaCl₂溶液的最小浓度为       ______________mol·L^－1。
（5）以二甲醚(CH₃OCH₃)、空气、H₂SO₄为原料，铂为电极可构成燃料电池，其工作原理与甲烷燃料电池的原理相似。请写出该电池负极上的电极反应式：         。

如图是一种可充电的锂离子电池充、放电的工作示意图。该电池的反应式为：
LiMnO₂ ＋ C₆Li_1－x MnO₂ ＋Li_xC₆（Li_xC₆表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料）下列有关说法正确的是

A．K与N相接时，A极为负极，该电极反应式为：LixC6 － xeˉ＝ C6 ＋ xLi^+

B．在整个充电或放电过程中都只存在一种形式的能量转化

C．K与N相接时，Li^＋由A极区迁移到B极区

D．K与M相接时，A极发生氧化反应，LiMnO2 －xeˉ ＝ Li1－xMnO2 ＋ xLi^+

(14分)氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用。
（1）某课外学习小组欲制备少量NO气体，写出铁粉与足量稀硝酸反应制备NO的离子方程式：      。
（2）LiFePO₄是一种新型动力锂电池的电极材料。
①下图为某LiFePO₄电池充、放电时正极局部放大示意图，写出该电池放电时正极反应方程式：      。

②将LiOH、FePO₄·2H₂O（米白色固体）与还原剂葡萄糖按一定计量数混合，在N₂中高温焙烧可制得锂电池正极材料LiFePO₄。焙烧过程中N₂的作用是      ；实验室中以Fe³⁺为原料制得的FePO₄·2H₂O有时显红褐色，FePO₄·2H₂O中混有的杂质可能为      。
（3）磷及部分重要化合物的相互转化如图所示。

①步骤Ⅰ为白磷的工业生产方法之一，反应在1300℃的高温炉中进行，其中SiO₂的作用是用于造渣（CaSiO₃），焦炭的作用是      。
②不慎将白磷沾到皮肤上，可用0.2mol/L CuSO₄溶液冲洗，根据步骤Ⅱ可判断，1mol CuSO₄所能氧化的白磷的物质的量为      。
③步骤Ⅲ中，反应物的比例不同可获得不同的产物，除Ca₃(PO₄)₂外可能的产物还有      。

铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO₂，电解液为稀硫酸。放电时，该电池总反应式为：Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄2PbSO₄＋2H₂O。请根据上述情况判断：
（1）该蓄电池的负极材料是_________，放电时发生_________（填“氧化”或“还原”）反应。
（2）该蓄电池放电时，电解质溶液的酸性_________（填“增大”、“减小”或“不变”），电解质溶液中阴离子移向_________（填“正”或“负”）极。
（3）已知硫酸铅为不溶于水的白色沉淀，生成时附着在电极上。试写出该电池放电时，正极的电极反应_______________________________________（用离子方程式表示）。
（4）氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。若电解质为KOH溶液，则氢氧燃料电池的负极反应式为___________________。该电池工作时，外电路每流过1×10³ mol e^－，消耗标况下氧气_________m³。

I.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，同温度下涉及如下反应：
a、2NO（g）+Cl₂（g）2ClNO（g）   ∆H₁<0    其平衡常数为K₁
b、2NO₂（g）+NaCl（s）NaNO₃（s）+ClNO（g）  ∆H₂<0    其平衡常数为K₂
（1）4NO₂（g）+2NaCl（s）2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）   ∆H₃的平衡常数K=       （用K₁、K₂表示）。∆H₃=               （用∆H₁、∆H₂表示）。
（2）为研究不同条件对反应a的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应a达到平衡。测得10min内υ（ClNO）=7.5×10^－3mol•L^-1•min^－1，则平衡后n（Cl₂）=         mol，NO的转化率α₁=              。其它条件保持不变，反应（1）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率为α₂，α₁       α₂（填“>”“<”或“=”），平衡常数K₁     （填“增大”“减小”或“不变”）。若要使K₁减小，可采用的措施是                          。
II.第三代混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属（以M表示）为负极，碱液（主要为KOH）为电解质溶液．镍氢电池充放电原理示意如图：

其总反应式为H₂+2NiOOH2Ni(OH)₂ 。根据所给信息判断，混合动力车上坡或加速时，甲电极周围溶液的pH                （填“增大”“减小”或“不变”）， 乙电极的电极反应式            。

运用化学反应原理研究碳、氮、硫等单质及其化合物的反应有重要意义；
（1）甲醇是重要的可再生燃料。已知在常温常压下：

则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_________。
（2）利用催化氧化反应将转化为是工业上生产硫酸的关键步骤．
①一定条件下，将SO₂与O₂以体积比2:1置于一体积不变的密闭容器中发生上述反应，能说明该反应已达到平衡状态的是________。
a．体系的密度不发生变化
b．体系中硫元素的质量百分含量不再变化
c．SO₂与SO₃的体积比保持不变
d．容器内的气体分子总数不再变化
e．单位时问内转移4 mol电子，同时消耗2molSO₃
②T℃时，在1L密闭容器中充入0.6 molSO₃，下图表示SO₃物质的量随时间的变化曲线。达到平衡时，用SO₂表示的化学反应速率为________；SO₃的转化率为________（保留小数点后-位）：T℃时，反应的平衡常数为_______;T℃其他条件不变，在8min时压缩容器体积至0.5 L，则n(SO₃)的变化曲线为________（填字母）。

（3）有人设想以N₂和H₂为反应物，以溶有A物质的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示。

电池正极的电极反应式是_____电解质溶液的pH______（填写增大、减小、不变），A.物质是______（写化学式）。

过氧化氢是用途很广的绿色氧化剂，它的水溶液俗称双氧水，常用于消毒、杀菌、漂白等。试回答下列问题：
（1）写出在酸性条件下H₂O₂氧化氯化亚铁的离子反应方程式：____________。
（2）Na₂O₂,K₂O₂以及BaO₂都可与酸作用生成过氧化氢，目前实验室制取过氧化氢可通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，过滤即可制得。则上述最适合的过氧化物是________。
（3）甲酸钙[ (HCOO)₂ Ca]广泛用于食品工业生产上，实验室制取甲酸钙的方法之一是将氢氧化钙和甲醛溶液依次加入到质量分数为30%-70%的过氧化氢溶液中，则该反应的化学方程式为________。过氧化氢比理论用量稍多，其目的是________。反应温度最好控制在30 -70℃，温度不易过高，其主要原因是________。
（4）下图是硼氢化钠一过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近溶液的pH_____（填“增大”、
“减小”或“不变”）。

（5）研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L容器中通入6 mol CO₂、6 mol CH₄，发生如下反应：CO₂ (g)＋CH₄(g)  2CO(g)＋2H₂(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

物 质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

①此温度下该反应的平衡常数K=__________
②已知：CH₄(g)＋2O₂(g) ===CO₂(g)＋2H₂O(g) △H=－890.3 kJ·mol^－1
CO(g)＋H₂O (g) ===CO₂(g)＋H₂ (g) △H="+2.8" kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g) ===2CO₂(g) △H=－566.0 kJ·mol^－1
反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H=________________

Ⅰ.工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH₄。写出CO₂与H₂反应生成 CH₄和H₂O的热化学方程式                     。
已知：① CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)      ΔH＝－41kJ·mol^－1
② C(s)+2H₂(g)CH₄(g)            ΔH＝－73kJ·mol^－1
③ 2CO(g)C(s)+CO₂(g)          ΔH＝－171kJ·mol^－1
Ⅱ.电子产品产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：

按要求回答下列问题：
（1）滤渣1中存在的金属有____________。
（2）已知沉淀物的pH如下表：

	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe^2+	7.0	9.0
Fe^3+	1.9	3.7
Cu^2+	4.9	6.7
Al^3+	3.0	4.4

①则操作②中X物质最好选用的是___________（填编号）
a．酸性高锰酸钾溶液          b．漂白粉          c．氯气         d．双氧水
②理论上应控制溶液pH的范围是________________________。
（3）用一个离子方程式表示在酸浸液中加入适量铝粉的反应：________________         
（4）由CuSO₄·5H₂O制备CuSO₄时，应把CuSO₄·5H₂O放在       （填仪器名称）中加热脱水。
（5）现在某些电器中使用的高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn + 2K₂FeO₄ + 8H₂O3Zn（OH）₂ + 2Fe（OH）₃ + 4KOH，
该电池放电时负极反应式为                           ，每有1mol K₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为        ，充电时阳极反应式为                                。

对氮及其化合物的研究具有重要意义。
（1）在1 L密闭容器中，4 mol氨气在一定条件下分解生成氮气和氢气。2 min时反应吸收热量为46.1 kJ，此时氨气的转化率为25％。该反应的热化学方程式为_____________，这段时间内v(H₂)=_________。
（2）298K时．在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO₂(g)N₂O₄(g)  =-akJ·mol^-1(a>0)，N₂O₄的物质的量浓度随时间变化如图所示。达平衡时，N₂O₄的浓度为NO₂的2倍。

①298K时，该反应的化学平衡常数为_________(精确到0.01)；
②下列情况不是处于平衡状态的是__________(填字母序号)；
a．混合气体的密度保持不变  
b．混合气体的颜色不再变化  
c．气压恒定时
③若反应在398K进行，某时刻测得n(NO₂)=0．6 mol，n(N₂O₄)=1．2 mol，则此时v_正____v_逆(填“>”、“<”或“=”)。
（3）用氨气可设计成如图所示燃料电池，产生的X气体可直接排放到大气中。则a电极电极反应式为________________。

（4）t℃下，某研究人员测定NH₃·H₂O的电离常数为1．8×10^-5。NH₄⁺的水解常数为1．5×10^-8，则该温度下水的离子积常数为___________，请判断t_____25℃(填“>”、“<”或“=”)。

“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为化学家研究的主要课题。
Ⅰ．用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：
C+      KMnO₄+       H₂SO₄→    _CO₂↑+      MnSO₄ +      K₂SO₄+      H₂O
Ⅱ．工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与CO₂进行高温重整制备CO（同时产生H₂），CO和水蒸气在一定条件下发生反应也能制取氢气：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)     △H＝－41 kJ/mol
某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为V L的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。相关数据如下：

容器编号	起始时各物质物质的量/mol				达到平衡的时间	达平衡时体系能量的变化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1 min	放出热量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2 min	放出热量：Q

（1）容器①中反应达平衡时，CO的转化率为                  。
（2）计算容器②中反应的平衡常数K=                    。
（3）下列叙述正确的是               （填字母序号）。
a．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等
b．容器②中反应达平衡状态时，Q =" 65.6" kJ
c．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
d．容器①中，反应的化学反应速率为：
e．平衡时，容器中的转化率：① < ②
Ⅲ．工业上利用用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g),某些化学键的键能数据如下表：

则该热化学反应方程式为                                             。
Ⅳ．将CH₃OH设计成燃料电池，其利用率更高，下图是利用甲醇燃料电池进行某种电化学反应的示意图。

①写出该燃料电池的负极电极方程式                            。
②若A、B是石墨电极，X为NaCl溶液，当A极产生22.4L气体(标况下)，则理论上消耗CH₃OH     克。
③若乙池要实现铁上镀铜，则A电极选择                   。

【化学——选修2：化学与技术】
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。