高中化学化学电源新型电池试题

电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5．0~6．0之间，通过电解生成Fe（OH）₃沉淀。Fe（OH）₃有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，除去浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图，如图所示。

（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此 时，可向污水中加入适量的            。
a．BaSO₄   b．CH₃CH₂OH   c．Na₂SO₄   d．NaOH
（2）电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是
①．______________________；②．                 。
（3）电极反应①和②的生成物反应得到Fe（OH）₃沉淀的离子方程式是____________________。
（4）该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（如图）。A物质的化学式是____________________。

CO₂和CH₄是两种重要的温室气体．通过CH₄和CO₂反应可以制造价值更高的化学品。
（1）25℃时．以镍合金为催化剂，向4L容器中通人6 mol CO₂,4mol CH₄，发生反应：
CO₂（g）+CH₄（g） 2CO（g）+2H₂（g）平衡体系中各组分的浓度为：

①在该条件下达平衡时，CH₄的转化率为____________.
②已知①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （g）    ΔH= -890.3KJ/mol
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）          ΔH= +2.8KJ/mol
③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）       ΔH= -566.0KJ/mol
求反应CO₂（g）+ CH₄（g）2CO（g） +2H₂（g）的ΔH=___________KJ/mol
（2）用Cu₂Al₂O₄做催化剂,一定条件下发生反应：CO₂＋CH₄（g）CH₃COOH温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率如图，请回答下列问题：

①250-300⁰C时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是      。
②为提高上述反应CH₄的转化率，可采取的措施有     （写2条）。
（3）Li₄SiO₄可用于吸收、释放CO₂，原理是,500⁰C时CO₂与Li₂SiO₄接触生成Li₂CO₃;平衡后加热至700⁰C ,反应逆向进行，放出CO₂，Li₄SiO₄再生，将该原理用化学方程式表示（请注明正反应方向和逆反应方向的条件）：     。
（4）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠（Na₂Sx）分别作为两个电极的反应物．多孔固体Al₂O₃陶瓷（可传导Na^＋）为电解质，其反应原理如下图所示：
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   范围内（填字母序号）。

②放电时电极A为    极。
③充电时，总反应为Na₂S_x="2Na+xS" （3<x<5）．则阳极的电极反应式为     。

Ⅰ、碳是地球上含量丰富的元素，其氧化物的研究有着重要意义。
（1）下图是1 mol NO₂和1 mol CO反应生成CO₂和NO过程中能量变化示意图，写出NO₂和CO反应的热化学方程式  _______________；

（2）试在原图基础上画出加入正催化剂后该反应在反应过程中的能量变化示意图（进行必要的标注）。
Ⅱ、全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。
全钒液流电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子【V^2＋ (紫色）、V^3＋（绿色）、VO^2＋（蓝色）、VO₂⁺（黄色）】为正极和负极电极反应的活性物质
电池总反应为VO^2＋＋V^3＋＋H₂OV^2＋＋VO₂⁺＋2H^＋。
下图是钒电池基本工作原理示意图：

请回答下列问题：
（1）放电时的正极反应式为____       
（2）充电时的阴极反应式为_________  ___                    _____，
充电过程中，电解液的pH          (选填“升高”“降低”或“不变”）。
（3）放电过程中氢离子的作用是______                               ；
若充电时转移电子的数目为6.02×10²³，则左槽溶液中H⁺的变化量为           mol 。

工业废水中常含有一定量的Cr₂O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe和石墨作电极电解含Cr₂O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)₃沉淀，达到净化目的。某科研小组利用以上方法处理污水，设计了熔融盐电池和污水电解装置如下图所示。

（1）Fe电极为         （填“M”或“N”）；电解时       (填“能”或“不能”)否用Cu电极来代替Fe电极，理由是                                                。
（2）阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是                            
阴极附近的沉淀有                             。
（3）图中熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH₄为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池。已知，该熔融盐电池的负极的电极反应是CH₄–8e^–+4CO₃^2–==5CO₂+2H₂O，则正极的电极反应式为                  。
（4）实验过程中，若电解池阴极材料质量不变，产生4.48L（标准状况）气体时，熔融盐燃料电池消耗CH₄的体积为                    L（标准状况）。

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2N0+2C0→ 2C0₂+N₂。在密闭容器中发生该反应时，c(C0₂)随温度（T)和时间（t）的变化曲线如图所示。
①T₁       (填“>”“＜”或“=”)T₂
②在T₂温度下，0〜2 S内的平均反应速率（N2)=。
③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        。

（2）NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用广泛的烟气氮氧化物脱除技术。用Fe作催化剂时，在氨气足量的情况下，不同 对应的脱氮率如图所示。

脱氮效果最佳的=             。此时对应的脱氮反应的化学方程式为           。
（3）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可形成燃料电池，其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成N₂O₅,其电极反应式为        。

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放电池．图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是

A． 当有0.1mol电子转移时，a极产生1.12L O₂（标准状况下）
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极上进行还原反应，B中的H⁺可以通过隔膜进入A

（14分)氨的合成是最重要的化工生产之一。
Ⅰ．工业上合成氨用的H₂有多种制取的方法：
① 用焦炭跟水反应：C（s)＋H₂O（g)CO（g) ＋ H₂（g)；
② 用天然气跟水蒸气反应：CH₄（g)＋H₂O（g) CO（g)＋3H₂（g)
已知有关反应的能量变化如下图，且方法②的反应为吸热反应，则方法②中反应的ΔH =___________kJ/moL。

Ⅱ．在3个1L的密闭容器中，同温度下、使用相同催化剂分别进行反应：
3H₂（g)＋N₂（g) 2NH₃（g)
按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，反应达到平衡时有关数据为：

容 器	甲	乙	丙
反应物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
达到平衡的时间（min)	t	5	8
平衡时N2的浓度（mol·L^－1)	c1	3	c2

（1）下列能说明该反应已达到平衡状态的是
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1︰3︰2    
b．v（N₂)_正＝3v（H₂)_逆
c．容器内压强保持不变                         
d．混合气体的密度保持不变
（2）甲容器中达到平衡所需要的时间t   5min，表中c₁   c₂。（填“＞”、“＜” 或“＝”)
（3）用氨合成尿素的反应为2NH₃（g)＋CO₂（g)CO（NH₂)₂（s)＋H₂O（g)。工业生产时，原料气带有水蒸气。图1表示CO₂的转化率与氨碳比、水碳比的变化关系。
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是         。
②测得B点氨的转化率为30%，则x₁＝         。
Ⅲ．有人设想以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，装置如图2所示。

电池正极的电极反应式是                            ，A是            。

二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放。
（1）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：
已知：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)      △H＝-a kJ·mol^－1；
CH₃OH(g)＝CH₃OH(l)                   △H＝-b kJ·mol^－1；
2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)                 △H＝-c kJ·mol^－1；
H₂O(g)＝H₂O(l)                        △H＝-d kJ·mol^－1，
则表示CH₃OH(l)燃烧热的热化学方程式为：_____________________________。
（2）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 molCO₂和3mol H₂，发生的反应为：
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)△H＝-a kJ/mol（a＞0）， 测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是________。（选填编号）
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O
D．该体系中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且
保持不变
②计算该温度下此反应的平衡常数K＝_______。（保留两位有效数字）。若改变条件       （填选项），可使K＝1。
A．增大压强  
B．增大反应物浓度  
C．降低温度  
D．升高温度  
E．加入催化剂
（3）某甲醇燃料电池原理如图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）。

化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）锌锰干电池是应用最普遍的电池之一（如图所示），锌锰干电池的负 极材料是       ，负极发生的电极反应方程式为：                     。若反应消耗16.25 g 负极材料，则电池中转移电子的物质的量为      mol。

（2）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池其电池总反应式可以表示为：Cd+2NiO（OH）+2H₂O2Ni（OH）₂+Cd（OH）₂，已知Ni（OH）₂和Cd（OH）₂均难溶于水，但能溶于酸，以下说法中正确的是____。
①以上反应是可逆反应           ②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能       ④放电时化学能转变为电能

A．①③

B．②④

C．①④

D．②③

（3）下图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向可知，则X极为电池的______（填“正”或“负”）极，Y极的电极反应方程式为                  。

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出了高热值的煤炭气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛．生产煤炭气的反应之一是：C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)  H=+131.4kJ/mol
（1）在容积为3L的密闭容器中发生上述反应，5min后容器内气体的密度增大了0.12g/L，用H₂O表示0～5min的平均反应速率为______________。
（2）关于上述反应在化学平衡状态时的描述正确的是___________．
A．CO的含量保持不变
B．v_正(H₂O)=v_正(H₂)
C．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（3）若上述反应在t₀时刻达到平衡(如图)，在t₁时刻改变某一条件，请在图中继续画出t₁时刻之后正反应速率随时间的变化：

①缩小容器体积，t₂时到达平衡（用实线表示）；
②t₃时平衡常数K值变大，t₄到达平衡（用虚线表示）．
（4）在一定条件下用CO和H₂可以制得甲醇，CH₃OH和CO的燃烧热分别为725.8kJ/mol，283.0kJ/mol，1molH₂O(l)变为H₂O(g)吸收44.0 kJ的热量，写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学方程式_______________________
（5）如下图所示，以甲醇燃料电池作为电源实现下列电解过程．乙池中发生反应的离子方程式为_____________。当甲池中增重16g时，丙池中理论上产生沉淀质量的最大值为_________g。

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，其周围是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：
溶解度/(g/100g水)

温度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	55.3	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	488	541	614

 

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）该电池的正极反应式为                  ，电池反应的离子方程式为：             
（2）用废电池的锌皮制备ZnSO₄·7H₂O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为        时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10^-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为_____时，锌开始沉淀（假定Zn^2＋浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H₂O₂后果是                         ，原因是                       。

汽车尾气作为空气污染的主要来源之一，其中含有大量的有害物质，包括CO、NO_x、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等。对汽车尾气的治理使环境工作者面临了巨大的挑战。试回答下列问题：
（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
则由CH₄将NO₂完成还原成N₂，生成CO₂和水蒸气的热化学方程式是____________________；
（2）NO_x也可被NaOH溶液吸收而生成NaNO₃、NaNO₂，已知某温度下，HNO₂的电离常数K_a=9.7×10^-4mol•L^-1，NO₂^-的水解常数为K_h=8.0×10^-10mol•L^-1，则该温度下水的离子积常数=______（用含Ka、Kh的代数式表示），此时溶液的温度______25℃（“＞”、“＜”、“=”）。
（3）化工上利用CO合成甲醇，反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H=-90.8KJ•mol^-1。不同温度下，CO的平衡转化率如右图所示：图中T₁、T₂、T₃的高低顺序是________，理由是______。

（4）化工上还可以利用CH₃OH生成CH₃OCH₃。在体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应：2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)。

容器编号	温度（℃）	起始物质的量（mol）	平衡物质的量（mol）
CH3OH	CH3OCH3	H2O
Ⅰ	387	0.20	0.080	0．080
Ⅱ	207	0.20	0.090	0.090

该反应的正反应为________反应（填“吸热”、“放热”），若起始是向容器Ⅰ中充入CH₃OH0.15mol、CH₃OCH₃0.15mol和H₂O0.10mol，则反应将向_____方向进行（填“正”、“逆”）。
（5）CH₃OH燃料电池在便携式通讯设备、汽车等领域有着广泛的应用。已知电池工作时的总反应方程式为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，电池工作时的示意图如右图所示：

质子穿过交换膜移向_____电极区（填“M”、“N”），负极的电极反应式为________。

碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。请回答下列问题：
（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）＋CO₂（g）+2H₂O（g）ΔH₁＝－574kJ·molˉ¹
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）＋CO₂（g）+2H₂O（g） ΔH₂
若2molCH₄还原NO₂至N₂，整个过程中放出的热量为1734kJ，则ΔH₂＝              ；
（2）据报道，科学家在一定条件下利用Fe₂O₃与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁。其反应为：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）  ΔH>0
①若反应在5L的密闭容器中进行，1min后达到平衡，测得Fe₂O₃在反应中质量减少3．2g。则该段时间内CO的平均反应速率为________________。
②若该反应在恒温恒压容器中进行，能表明该反应达到平衡状态的是____________
a．CH₄的转化率等于CO的产率
b．混合气体的平均相对分子质量不变
c．v（CO）与v（H₂）的比值不变
d．固体的总质量不变
③该反应达到平衡时某物理量随温度变化如图所示，当温度由T₁升高到T₂时，平衡常数K_A            K_B（填“>”、“<”或“=”）。纵坐标可以表示的物理量有哪些                。

a．H₂的逆反应速率
b．CH₄的的体积分数
c．混合气体的平均相对分子质量
d．CO的体积分数
（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50ml2mol/L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A中消耗0．05mol氧气时，B中________________极（填“a”或“b”）增重________________g。
（4）工业合成氨气需要的反应条件非常高且产量低，而一些科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）实现氨的电化学合成，从而大大提高了氮气和氢气的转化率。电化学合成氨过程的总反应式为：N₂＋3H₂2NH₃，该过程中还原反应的方程式为                      。

目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：
I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：
CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)
（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = __________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。
（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________________________________________________________________。
（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为______________________________。
III．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO(g) + I₂O₅(s) 5CO₂(g) + I₂(s)，不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入4 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
（5）T₁时化学平衡常数K = ____________________。
（6）下列说法不正确的是___________（填字母序号）。

A．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态

B．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等

C．d点时，增大体系压强，CO的转化率不变

D．b点和d点时化学平衡常数的大小关系：Kb < Kd

(14分)I．CH₄和CO₂可以制造价值更高的化学产品。已知：
CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)    △H₁="a" kJ／mol
CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g)       △H₂="b" kJ／mol
2CO(g)+O₂(g) =2CO₂(g)            △H₃="c" kJ／mol
（1）求反应CH₄(g)+CO₂(g) =2CO(g)+2H₂(g)  △H=      kJ／mol(用含a、b、c的代数式表示)。
（2）一定条件下，等物质的量的(1)中反应生成的气体可合成二甲醚(CH₃OCH₃)，同时还产生了一种可参与大气循环的无机化合物，该反应的化学方程式为         。
（3）用Cu₂Al₂O₄做催化剂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+CH₄(g) =CH₃COOH(g)，温度与催化剂的催化效率和乙酸的生成速率的关系如图，回答下列问题：

①250～300℃时，乙酸的生成速率降低的原因是            。
②300～400℃时，乙酸的生成速率升高的原因是           。
Ⅱ．钠硫电池以熔融金属Na、熔融S和多硫化钠(Na₂S_X)分别作为两个电极的反应物，多孔固体Al₂O₃陶瓷(可传导Na⁺)为电解质，其反应原理如下图所示：
Na₂S_X 2Na+xS (3<x<5)
   
（4）根据上表数据，判断该电池工作的适宜温度应为    (填字母序号)。
A．100℃以下      B．100℃～300℃
C．300℃～350℃   D．350℃～2050℃
（5）关于钠硫电池，下列说法正确的是    (填字母序号)。
A．放电时，电极A为负极          
B．放电时，Na⁺的移动方向为从B到A
C．充电时，电极A应连接电源的正极
D．充电时电极B的电极反应式为S_X^2--2e^-=xS
（6）25℃时，若用钠硫电池作为电源电解500mL 0．2mol／L NaCl溶液，当溶液的pH变为l3时，电路中通过的电子的物质的量为   mol，两极的反应物的质量差为     g。(假设电解前两极的反应物的质量相等)