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____________________。

能源问题是人类社会面临的重大课题。甲醇是未来重要的绿色能源之一。
（l）已知：在 25 ℃、101 kPa 下,1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ。
请写出甲醇燃烧的热化学方程式                  。
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为：
CO₂（g）+ 3H₂ （g）CH₃OH（g）+H₂O （g ）
在其它条件不变的情况下，实验测得温度对反应的影响如下图所示（注：T₁、T₂均大于300 ℃）

①合成甲醇反应的△H    0。（填“>”、“<”或“="”" ）。
②平衡常数的表达式为:              ．温度为T₂时的平衡常数     温度为T₁时的平衡常数（填“>”、“<”或“=”）
③在T₁温度下，将1mol CO₂和 1 molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为α，则容器内的压强与起始压强的比值为            。
（3）利用甲醇燃料电池设计如下图所示的装置。该装置中 Pt 极为        极；写出 b极的电极反应式              ．

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                  。

A、B、C、D、E、F是六种短周期主族元素，它们的原子序数依次增大，其中A、D及C、F分别是同一主族元素，A元素的一种核素无中子，F元素的最外层电子数是次外层电子数的0.75倍，B元素的的最外层电子数是内层电子数的2倍，E元素的最外层电子数等于其电子层数。
请回答：
（1）A、D、F形成化合物的电子式为_______。
（2）工业上在高温的条件下，可以用A₂C和BC反应制取单质A₂。在2L密闭容器中分别充入1 mol A₂C和1 mol BC，一定条件下，2 min达平衡时生成0.4 mol A₂，则用BC表示的反应速率为_____________。下列关于该反应的说法中正确的是________。
A．增加BC₂的浓度始终不能提高正反应速率
B．若混合气体的密度不再发生变化，则反应达到最大限度
C．A₂是一种高效优质新能源
D．若生成1 mol A₂，转移2 mol 电子
（3）用A元素的单质与C元素的单质及由A、C、D三种元素组成的化合物的溶液构成燃料电池，写出该电池的电极反应式：负极____________，正极__________________。

燃料电池不是把还原剂、氧化剂全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。下面有4种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是

CH₄既是一种重要的能源，也是一种重要的化工原料。
（1）已知8.0 g CH₄完全燃烧生成液体水放出444.8kJ热量。则
CH₄(g）+2O₂(g）＝CO₂(g）+2H₂O(l） ΔH＝     kJ·mol^－1。
（2）以CH₄为燃料可设计成结构简单、能量转化率高、对环境无污染的燃料电池，其工作原理如图所示，则通入a气体的电极名称为      ，通入b气体的电极反应式为         。（质子交换膜只允许H⁺通过）

（3）在一定温度和催化剂作用下，CH₄与CO₂可直接转化成乙酸，这是实现“减排”的一种研究方向。
①在不同温度下，催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示，则该反应的最佳温度应控制在     左右。

②该反应催化剂的有效成分为偏铝酸亚铜（CuAlO₂，难溶物）。将CuAlO₂溶解在稀硝酸中生成两种盐并放出NO气体，其离子方程式为         。
（4）CH₄还原法是处理NO_x气体的一种方法。已知一定条件下CH₄与NO_x反应转化为N₂和CO₂，若标准状况下8.96 L CH₄可处理22.4 L NO_x，则x值为       。

金属单质及其化合物与工农业生产、日常生活有密切的联系。请回答下列问题：
（1）一定条件下，用Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃作催化剂，利用如下反应回收燃煤烟气中的硫。反应为：2CO（g）+SO₂（g）2CO₂（g）+S（l）△H=-270kJ∙mol^-1
其他条件相同、催化剂不同时，SO₂的转化率随反应温度的变化如图1，不考虑催化剂的价格因素，选择   为该反应的催化剂较为合理。（选填序号）
a.Cr₂O₃         b.NiO         c.Fe₂O₃
选择该催化剂的理由是：        。
某科研小组用选择的催化剂，在380℃时，研究了n（CO） : n（SO₂）分别为1:1、3:1时，SO₂转化率的变化情况（图2）。则图2中表示n（CO） : n（SO₂）＝3:1的变化曲线为      。

（2）科研小组研究利用铁屑除去地下水中NO₃^-的反应原理。
①pH＝2.5时，用铁粉还原KNO₃溶液，相关离子浓度、pH随时间的变化关系如图3（部分副反应产物曲线略去）。请根据图中信息写出t₁时刻前发生反应的离子方程式       ；t₁时刻后，反应仍在进行，溶液中NH₄⁺的浓度在增大，Fe^2＋的浓度却没有明显变化，可能的原因是     。
②若在①的反应中加入活性炭，可以提高除去NO₃^-的效果，其原因可能是       。正常地下水中含有CO₃^2－，会影响效果，其原因有：a．生成FeCO₃沉淀覆盖在反应物的表面，阻止了反应的进行；b．     。
（3）LiFePO₄电池具有稳定性高、安全、环保等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO₄+LiLiFePO₄，电池的正极材料是LiFePO₄，负极材料是石墨，含Li⁺导电固体为电解质。放电时电池正极反应为     。

为应对环境污染，使得对如何减少煤燃烧和汽车尾气中各种含碳、氮、硫等气体的排放，及有效地开发利用碳资源的研究显得更加紧迫。
（1）为减少煤燃烧中废气的排放，常将煤转化为清洁气体燃料。请写出焦炭与水蒸气高温下反应的化学方程式：               。
（2）选择适当的催化剂在高温下可将汽车尾气中的 CO、NO转化为无毒气体。
已知：①2CO(g）+O₂(g）=2CO₂(g）             ∆H₁="-566" kJ∙mol^-1
②2NO(g）+2CO(g） ⇋ N₂(g）+ 2CO₂(g）         ∆H₂="-746" kJ∙mol^-1
则反应N₂(g）+ O₂(g）= 2NO(g）的∆H＝           kJ∙mol^-1。
（3）在一定温度下，向1L密闭容器中充入0．5 mol NO、2 mol CO，发生上述反应②，20s反应达平衡，此时CO的物质的量为1．6 mol。在该温度下反应的平衡常数K=       。
（4）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如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。催化剂b表面发生的电极反应式为_______________。

（5）氮氧化物进入水体可转化为NO₃^─，电化学降解法可用于治理水中NO₃^─的污染。原理如图所示。

电源正极为    (填“A”或“B”），若电解过程中转移了0．4mol电子，则处理掉的NO₃^─为      g。

北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C₃H₈），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C₃H₆）。
（1）丙烷脱氢可得丙烯。
已知：C₃H₈(g )→CH₄(g)＋HC≡H(g)＋H₂(g）  △H₁ =+156．6 kJ·mol^－1
CH₃CH＝H₂(g)→CH₄(g)＋HC≡CHg ）  △H₂ =+32．4 kJ·mol^－1
则相同条件下，反应C₃H₈(g)→CH₃CH＝CH₂(g)＋H₂(g）的△H＝        kJ·mol^－1。
（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为           ；放电时CO₃^2－移向电池的       （填“正”或“负”）极。
（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO₂和H₂O。常温常压下，空气中的CO₂溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5．60，c(H₂CO₃)=1．5×10^-5 mol·L^-1。若忽略水的电离及H₂CO₃的第二级电离，则H₂CO₃HCO₃^－＋H^＋的平衡常数K₁=       。（已知10^-5．60=2．5×10^-6）

A、B、X、Y和Z是原子序数依次递增的短周期元素，其中A与Y同主族，X与Z同主族，A与B和A与X均可形成10个电子化合物；B的最高价含氧酸可与其气态氢化物反应生成盐，常见化合物Y₂X₂与水反应生成X的单质，其溶液可使酚酞试液变红。用元素符号或化学式回答下列问题。
（1）X在周期表中的位置是          ；五种元素的原子半径从大到小的顺序是            ；化合物Y₂X₂的电子式为                。
（2）X、Z的简单氢化物中沸点较高的是       ；原因是                     。
（3）A与X和A与Z均能形成18个电子的化合物，这两种化合物发生反应可生成Z，其反应的化学方程式为：_________________________；
（4）A的单质与X的单质可制成新型的化学电源（KOH溶液作电解质溶液），两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电，则负极电极反应式为：_____________。
（5）写出化合物Y₂X₂与水反应的离子方程式：_________________________。

硫化氢(H₂S)是一种有毒的可燃性气体，用H₂S、空气和KOH溶液可以组成燃料电池，其总反应式为2H₂S+3O₂+4KOH==2K₂SO₃+4H₂O。
（1）该电池工作时正极应通入           。
（2）该电池的负极电极反应式为：                   。
（3）该电池工作时负极区溶液的pH        （填“升高”“不变”“降低”）
（4）有人提出K₂SO₃可被氧化为K₂SO₄，因此上述电极反应式中的K₂SO₃应为K₂SO₄，某学习小组欲将电池工作一段时间后的电解质溶液取出检验，以确定电池工作时反应的产物。实验室有下列试剂供选用，请帮助该小组完成实验方案设计。
0．01mol·L^－1KMnO₄酸性溶液，1mol·L^－1HNO₃，1mol·L^－1H₂SO₄，1mol·L^－1HCl，0．1mol·L^－1Ba(OH)₂，0．1 mol·L^－1 BaCl₂。

实验步骤	实验现象及相关结论
①取少量电解质溶液于试管中，用pH试纸测其pH。	试纸呈深蓝色，经比对溶液的pH约为14，说明溶液中有残余的KOH。
②继续加入（  ）溶液，再加入（  ）溶液，振荡。	若有白色沉淀产生，则溶液中含有K2SO4。 若无白色沉淀产生，则溶液中没有K2SO4
③另取少量电解质溶液于试管中，先加1 mol·L^－1的H2SO4酸化，再滴入2~3滴0．01 mol·L－1KMnO4酸性溶液，振荡	(               )

（5）若电池开始工作时每100mL电解质溶液含KOH 56g，取电池工作一段时间后的电解质溶液20．00mL，加入BaCl₂溶液至沉淀完全，过滤洗涤沉淀，将沉沉在空气中充分加热至恒重，测得固体质量为11．65g，计算电池工作一段时间后溶液中KOH的物质的量浓度(   )。
(结果保留四位有效数字，假设溶液体积保持不变，已知：M(KOH)=56，M(BaSO₄)=233，M(BaSO₃)=217)

如图所示是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，下列分析中正确的是

A．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通H2的电极上发生的反应为：H2－2e^－＝2H^＋

B．如果a极通入H2，b极通入O2，H2SO4溶液作电解质溶液，则通 O2的电极上发生的反应为：O2＋4e^－＋2H2O＝4OH^－

C．如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH作电解质溶液，则通CH4的电极上发生的 反应为：CH4－8e^－＋10OH^－＝CO3^2-＋7H2O

D．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则溶液中的OH^－离子向b极附近移动

(10分)（1）在25℃、101 kPa下，1 g甲烷完全燃烧后，恢复到原状态放热Q kJ，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为_________________                  。
（2）肼(N₂H₄)一空气燃料电池是一种碱性环保电池，该电池放电时，负极的反应式为          。
（3）如图装置中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol/L的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol/L的CuSO₄溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到石墨电极附近首先变红，乙烧杯中石墨电极附近pH值的变化为       （选填“变大”、“变小”、“不变”）。通电一段时间后（溶液中还有CuSO₄），若要使乙烧杯中电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入         (填序号).

A．CuO

B．Cu(OH)2

C．CuCO3

D．Cu2(OH)2CO3

（4）下图是用于笔记本电脑的甲醇（CH₃OH）燃料电池结构示意图，质子交换膜左右两侧的溶液均为500mL 2 mol/LH₂SO₄ 溶液，当电池中有1mole^－发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为      （忽略气体的溶解，假设反应物完全耗尽）。

（14分)研究表明：丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气)到本世纪中叶将枯竭的危机，同时又可缓解由CO₂累积所产生的温室效应，实现CO₂的良性循环。
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图1表示恒压容器中0.5 mol CO₂和1.5 mol H₂转化率达80%时的能量变化示意图。写出230℃该反应的热化学方程式：        _______________             。

（2）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，测得CO₂（g)和CH₃OH（g)的浓度随时间变化如上图2所示。
①能说明该反应已经达到平衡状态的是_______________。（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300 mL，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)。

、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)，ΔH＜0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列说法正确的是      （填字母编号）。

A．增加Ni的量可提高CO的转化率，Ni的转化率降低

B．缩小容器容积，平衡右移，ΔH减小

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

D．当4v正[Ni(CO)4]= v正(CO)时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与镍反应会造成含镍催化剂的中毒。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：CO (g)＋1/2O₂(g)＝CO₂(g)      ΔH＝－Q₁ kJ·mol^-1
S(s)＋O₂(g)＝SO₂(g)        ΔH＝－Q₂ kJ·mol^-1
则SO₂(g)＋2CO (g)＝S(s)＋2CO₂(g)     ΔH＝                     。
（3）对于反应：2NO（g）+O₂2NO₂(g)，向某容器中充入10mol的NO和10mol的O₂，在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（P₁、P₂）下随温度变化的曲线（如图）。
①比较P₁、P₂的大小关系：________________。
②700℃时，在压强为P₂时，假设容器为1L，则在该条件平衡常数的数值为______（最简分数形式）
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应式为            。若该燃料电池使用一段时间后，共收集到20mol Y，则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为         L。