高中化学化学电源新型电池试题

金属及其化合物在国民经济发展中起着重要作用。
（1）工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：

该反应的氧化剂是_________,当生成19.2gCu时，反应中转移的电子为_____mol。铜在潮湿的空气中能发生吸氧腐蚀而生成（碱式碳酸同）。该过程负极的电极反应式_______________。
（2）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（分别作为两个电极的反应物，固体陶瓷（可传导）为电解质，其原理如图所示：

①根据下表数据，请你判断该电池工作的适宜温度应控制在_______。

②放电时，电极A为____极，S发生_______反应。
③放电时，内电路中的的移动方向为_______（填“从A到B”或“从B到A”）。
④充电时，总反应为Na所在电极与直流电源_______极相连，阳极的电极反应式为________.

【改编】磷酸铁锂电池的电池的内部结构如图所示。左边是磷酸铁锂材料作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li⁺可以通过而电子不能通过，右边是由石墨组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。电池的总反应为：


下列关于电池的说法不正确的

A．磷酸铁锂电池放电时，锂离子从负极中脱离出来，经过电解液，穿过隔膜回到正极材料中

B．放电时负极反应：LixC6－xe^－="=" 6C＋xLi^+(LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)

C．充电时的阳极反应：LiFePO4 －xe^－="=" Li1－xFePO4＋xLi^+

D．若用该电池电解精炼粗铜，阳极质量减少12.8g 时，则电池中通过聚合物隔膜的Li^+数为0.4NA

【改编】用酸性氢氧燃料电池电解硫酸钠饱和溶液的装置如图所示(a、b为铜电极)。下列说法中不正确的是

A．电池工作时，正极反应式为：O2 + 4H^＋+ 4e^－= 2H2O

B．电解时，当阴极逸出a mol气体，同时有W克Na2SO4•10H2O 析出，保持温度不变，剩余溶液中的硫酸钠的质量分数是

C．电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极

D．忽略能量损耗，当电池中消耗0.01g O2 时，b 极周围会产生0.02g H2

N₂和H₂为反应物，以溶有A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，装置如下图所示，下列说法不正确的是

A．通入N2的电极发生的电极反应式为：N2 + 6e^-+ 8H^+="=" 2NH4^+

B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸

C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极

D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl

硼及其化合物在耐髙温合金工业、催化剂制造、髙能燃料等方面应用广泛。
（1）氮化硼是一种耐高温材料，巳知相关反应的热化学方程式如下：
2B(s)+N₂(g)=" 2BN(s)" ΔH="a" kJ • mol^-1
B₂H₆ (g)="2B(s)" + 3H₂ (g) ΔH ="b" kJ • mol^-1
N₂ (g) + 3H₂ (g) 2NH₃ (g)   ΔH ="c" kJ• mol^-1
①反应B₂H₆(g)+2NH₃(g)="2BN(s)" +6H₂(g)  ΔH =           (用含a、b、c 的代数式表示)kJ ·mol^-1。
②B₂H₆是一种髙能燃料，写出其与Cl₂反应生成两种氯化物的化学方程式：               。
（2）硼的一些化合物的独特性质日益受到人们的关注。
①最近美国化学家杰西·萨巴蒂尼发现由碳化硼制作的绿色焰火比传统焰火（硝酸钡）更安全，碳化硼中硼的质量分数为78. 6%，则碳化硼的化学式为                                。
②近年来人们将LiBH₄和LiNH₂球磨化合可形成新的化合物 Li₃BN₂H₈和Li₄BN₃ H₁₀，Li₃BN₂H₈球磨是按物质的量之比n(LiNH₂) : n(LiBH₄) =" 2" : 1加热球磨形成的，反应过程中的X衍射图谱如图所示。

Li₃BN₂H₈在大于250℃时分解的化学方程式为                                         ，Li₃BN₂H₈与Li₄BN₃H₁₀的物质的量相同时，充分分解，放出等量的H₂，Li₄BN₃ H₁₀分解时还会产生固体Li₂NH和另一种气体，该气体是       。
（3）直接硼氢化物燃料电池的原理如图，负极的电极反应式为                                。电池总反应的离子方程式为                                                。

(15分)二甲醚（DME）被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下：
①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₁=－90.7 kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)     △H ₂=－23.5 kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)      △H ₃=－41.2kJ·mol^-1
回答下列问题：
（1）则反应3H₂(g)＋3CO(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g)的△H＝        kJ·mol^-1。
（2）下列措施中，能提高CH₃OCH₃产率的有                  。
A．使用过量的CO       B．升高温度      C．增大压强
（3）反应③能提高CH₃OCH₃的产率，原因是                  。
（4）将合成气以n(H₂)/n(CO)=2通入1L的反应器中，一定条件下发生反应：
4H₂(g)+2CO(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)△H，其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示，下列说法正确的是                  。
A．△H<0
B．P₁<P₂<P₃
C．若在P₃和316℃时，起始n(H₂)/n(CO)=3，则达到平衡时，CO转化率小于50％
（5）采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制备二甲醚。观察图2回答问题。催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为              时最有利于二甲醚的合成。
（6）图3为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a电极的电极反应式为               。

（7）甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是：CH₃OH +H₂SO₄→CH₃HSO₄+H₂O，
CH₃HSO₄+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄。与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是                  。

【原创】(12分)已知 X、Y、Z、W是原子序数依次增大的四种短周期元素，Y元素形成的化合物种类最多；W原子有2个未成对电子。X、Y、W三种元素组成的一种化合物M是新装修居室中常含有的一种有害气体。Q是第四周期元素，最外层只有一个电子，其余各层电子均充满。
请回答下列问题(用元素符号或化学式表示)：
（1）元素Y、Z、W的基态原子的第一电离能由大到小的顺序为                    。
（2）M分子中Y原子轨道的杂化类型为                     。
（3）Q⁺的核外电子排布式为                 ，下图是由W、Q形成的某种化合物的晶胞结构示意图，该晶体的化学式              。（黑球代表Q原子）

（4）化合物ZX₃的沸点比化合物YX₄的高，其主要原因是                            。
（5）Z₂X₄在碱性溶液中能够将QW还原为Q₂W，已知当1mol Z₂X₄完全参加反应时转移了4 mol电子，则该反应的化学方程式可表示为：              。
（6）一种处理汽车尾气中ZW、YW₂的方法是在催化剂作用下使两者反应成无污染的气态。已知反应生成1gZ的单质时放出4.3kJ热量。此反应的热化学方程式为                     。
（7）微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置．最早用于有机废水处理，下图是利用微生物燃料电池处理含M废水的装置，其中3是质子交换膜．负极所在的左室中发生反应的电极反应式是                                              。

【改编】下面是常见的电化学装置图，①②④中均为惰性电极，下列说法错误的是

A．装置①中电解一段时间后，要恢复原溶液，应加入一定量的水。

B．装置②中b极为正极，该极的电极反应方程式为O2+4H^++ 4e^-=2H2O

C．装置③中铜片为阳极，若铜片和铁制品的质量相等，电解一段时间后，电路中有2mol电子转移，此时铜片和铁制品的质量差为128g

D．装置④中阳极每产生标况下11.2L Cl2，则阳离子交换膜上透过1mol Na^+

【改编】对含氮物质的研究和利用有着极为重要的意义。
（1）N₂、O₂和H₂相互之间可以发生化合反应，已知反应的热化学方程式如下：
N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)     H=+180．5kJ·mol^-1；
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)   H =-483．6 kJ·mol^-1；
N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)   H =-92．4 kJ·mol^-1。
H₂O(g) ＝ H₂O(l)        ΔH ＝－44.0 kJ／mol
则氨的催化氧化反应生成液体水的热化学方程式为                                 。
（2）汽车尾气净化的一个反应原理为：2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g) H<0。
一定温度下，将2．8mol NO、2．4mol CO通入固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示。

①增大压强，NO的平衡转化率      （填“增大”、“减小”、“不变”），0~20min平均反应速率v(NO)为       。25min时，若保持反应温度不变，再向容器中充入NO、CO₂各1．2 mol，则化学平衡将        移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
②若只改变某一反应条件X，反应由原平衡I达到新平衡II，变量Y的变化趋势如下图所示。下列说法正确的是       (填字母代号)。

（3）某化学小组拟设计以N₂和H₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl为电解质溶液制成燃料电池，则该电池的正极反应式为            。假设电解质溶液的体积不变，下列说法正确的是          (填字母代号)。
a．放电过程中，需要向燃料电池中补充H⁺
b．溶液中的NH₄Cl浓度增大，所以Cl^-离子浓度也增大
c．每转移6．0210²³个电子，则有标准状况下11．2L电极反应物被氧化
d．为保持放电效果，电池使用一段时间需更换电解质溶液

【改编】碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。
（1）在一恒温、恒容密闭容器中发生反应： Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)₄(g)，H<0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99．9％的高纯镍。对该反应的说法正确的是       (填字母编号)。

A．升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，平衡向右移动

B．缩小容器容积，平衡右移，H不变

C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时，CO的体积分数降低，化学平衡常数增大

D．当气体平均摩尔质量或容器中混合气体密度不变时，都可说明反应已达化学平衡状态

（2）CO与镍反应会造成镍催化剂中毒。为防止镍催化剂中毒，工业上常用SO₂将CO氧化，二氧化硫转化为单质硫。
已知：C(s)+O₂(g)=CO(g)    H=-Q₁ kJmol^-1
C(s)+ O₂(g)=CO₂(g)   H=-Q₂ kJmol^-1
S(s)+O₂(g)=SO₂(g)    H=-Q₃ kJmol^-1
则SO₂与CO反应生成S的热化学方程式为：                                  。
（3）金属氧化物可被一氧化碳还原生成金属单质和二氧化碳。图（3）是四种金属氧化物（Cr₂O₃、SnO₂、PbO₂、Cu₂O)被一氧化碳还原时与温度（t）的关系曲线图。
700^oC时，其中最难被还原的金属氧化物是          (填化学式)，用一氧化碳还原该金属氧化物时，若反应方程式系数为最简整数比，该反应的平衡常数(K)数值等于              。

（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理如上图（4）所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，石墨II的电极反应式为               。
若该燃料电池使用一段时间后，共收集到20mol Y，则理论上转移电子        mol。

目前正在研究和已经使用的储氢合金有镁系合金、稀土系合金等。
（1）已知：Mg(s)+H₂(g)＝MgH₂(s)           △H₁＝－74.5 kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2H­₂(g)＝Mg₂NiH₄(s)            △H₂ ＝－64.4 kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2MgH₂(s)＝2Mg(s)+ Mg₂NiH₄(s)  △H₃，则△H₃ =     kJ·mol^－1。
（2）工业上用电解熔融的无水氯化镁获得镁。其中氯化镁晶体脱水是关键工艺之一，一种氯化镁晶体脱水的方法是：先将MgCl₂·6H₂O转化为MgCl₂·NH₄C1·nNH₃（铵镁复盐），然后在700℃脱氨得到无水氯化镁，脱氨反应的化学方程式为          。
（3）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110～200℃的反应为：Mg(AlH₄)₂＝MgH₂+2Al+3H₂↑。生成2.7gAl时，产生的H₂在标准状况下的体积为          L。
（4）采用球磨法制备Al与LiBH₄的复合材料，并对Al－LiBH₄体系与水反应产氢的特性进行下列研究：
①下图为25℃水浴时每克不同配比的Al－LiBH₄复合材料与水反应产生H₂体积随时间变化关系图。由下图可知，下列说法正确的是        （填字母）。

a．25℃时，纯铝与水不反应
b．25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气
c．25℃时，Al－LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
②下图为25℃和75℃时，Al－LiBH₄复合材料[w (LiBH₄)=25%]与水反应一定时间后产物的X－射线衍射图谱（X－射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同）。

从图中可知，25℃时Al－LiBH₄复合材料中与水完全反应的物质是    （填化学式）。
（5）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

①某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为a mol·L^－1，平衡时苯的浓度为b mol·L^－1，该反应的平衡常数K＝      。
②一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。生成目标产物的电极反应式为      。

（1）已知：C(s)+O₂(g)＝CO₂(g)     ΔH₁＝－393.5 kJ/mol
C(s)+H₂O(g)＝CO(g)+H₂(g)      ΔH₂＝＋131.3 kJ/mol
则反应CO(g)+H₂(g) +O₂(g)＝H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH＝____  ___kJ/mol。
（2）在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   ΔH
①下列情形不能说明该反应已达到平衡状态的是_______（填序号）。
A．每消耗1 mol CO的同时生成2molH₂
B．混合气体总物质的量不变
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示。A、B两点的平衡常数K(A)_______K(B)（填“＞”、“=”或“＜”,下同）；由图判断ΔH _____0。

③某温度下，将2.0 mol CO和6.0 molH₂充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)＝0.25mol/L，则CO的转化率＝        ，此温度下的平衡常数K＝     （保留二位有效数字）。
（3）工作温度650℃的熔融盐燃料电池，用煤炭气（CO、H₂）作负极反应物，空气与CO₂的混合气体为正极反应物，催化剂镍作电极，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物作电解质。负极的电极反应式为：CO+H₂－4e^-+2CO₃^2-＝3CO₂+H₂O；则该电池的正极反应式为                。

（1）已知25℃时有关弱酸的电离平衡常数：

弱酸化学式	HSCN	CH3COOH	HCN	H2CO3
电离平衡常数	1.3×10^—1	1.8×10^—5	4.9×10^—10	K1=4.3×10^—7 K2=5.6×10^—11

①等物质的量浓度的a．CH₃COONa、b．NaCN、c．Na₂CO₃、d．NaHCO₃溶液的pH由大到小的顺序为      （填序号）。
②25℃时，将20 mL 0．1 mol·L^—1 CH₃COOH溶液和20 mL 0．1 mol·L^—1HSCN溶液分别与20 mL 0．1 mol·L^—1
NaHCO₃溶液混合，实验测得产生的气体体积（V）随时间（t）的变化如图所示：反应初始阶段两种溶液产生CO₂气体的速率存在明显差异的原因是      。反应结束后所得两溶液中，c（CH₃COO^—）     c（SCN^—）（填“＞”、“＜”或“＝”）

③若保持温度不变，在醋酸溶液中加入少量盐酸，下列量会变小的是______（填序号）。
a．c(CH₃COO^－)           b．c(H⁺)
c．K_w                  d．醋酸电离平衡常数
（2）下图为某温度下，PbS（s）、ZnS（s）、FeS（s）分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，溶液的S^2—浓度、金属阳离子浓度变化情况。如果向三种沉淀中加盐酸，最先溶解的是            （填化学式）。向新生成的ZnS浊液中滴入足量含相同浓度的Pb²⁺、Fe²⁺的溶液，振荡后，ZnS沉淀会转化为               （填化学式）沉淀。

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol·L^—1的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：
①甲烷燃料电池的负极反应式是                                           。
②当线路中有0.1 mol电子通过时，        极增重________g

生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。

已知C₁极的电极反应式为：C₂H₅OH＋3H₂O－12e^－===2CO₂＋12H^＋，
下列有关说法不正确的是
A．C₁极为电池负极，C₂极为电池正极
B．电子由C₂极经外电路导线流向C₁极
C．C₂极的电极反应式为O₂＋4H^＋＋4e^－===2H₂O
D．该生物燃料电池的总反应式为：C₂H₅OH＋3O₂===2CO₂＋3H₂O

(14分)尿素是蛋白质代谢的产物，也是重要的化学肥料。工业合成尿素反应如下：
2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)
(1)在一个真空恒容密闭容器中充入CO₂和NH₃发生上述反应合成尿素，恒定温度下混合气体中的氨气含量如图所示。

A点的正反应速率v_正(CO₂)_______B点的逆反应速率v_逆(CO₂)(填“＞”、“＜”或“＝”)；
氨气的平衡转化率为________________________。
（2）氨基甲酸铵是合成尿素的一种中间产物。将体积比为2:1的NH₃和CO₂混合气体充入一个容积不变的真空密闭容器中，在恒定温度下使其发生下列反应并达到平衡：2NH₃(g)＋CO₂(g) NH₂COONH₄(s)
将实验测得的不同温度下的平衡数据列于下表：

温度(℃)	15.0	20.0	25.0	30.0	35.0
平衡气体总浓度 (10^－3mol/L)	2.4	3.4	4.8	6.8	9.4

①关于上述反应的焓变、熵变说法正确的是                               。
A.∆H＜0， ∆S＜0           B.∆H＞0， ∆S＜0   
C.∆H＞0， ∆S＞0           D.∆H＜0， ∆S＞0
②关于上述反应的平衡状态下列说法正确的是________________
A.分离出少量的氨基甲酸铵，反应物的转化率将增大
B.平衡时降低体系温度，CO₂的体积分数下降
C.NH₃的转化率始终等于CO₂的转化率
D.加入有效的催化剂能够提高氨基甲酸铵的产率
③氨基甲酸铵极易水解成碳酸铵，酸性条件水解更彻底。将氨基甲酸铵粉末逐渐加入1 L0.1 mol/L的盐酸溶液中直到pH=7(室温下，忽略溶液体积变化)，共用去0.052 mol氨基甲酸铵，此时溶液中几乎不含碳元素。此时溶液中c(NH₄^＋ )=            ；
NH₄^＋ 水解平衡常数值为                 。
（3）化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电！用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，写出该电池的负极反应式：                              。