高中化学化学电源新型电池试题

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）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 mol CO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) △H＝－a kJ·mol^－1（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______    __。
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变         
B．混合气体的密度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．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变。
②下列措施中能使增大的是________（选填编号）。
A．升高温度      
B．恒温恒容下充入He(g)
C．将H₂O(g)从体系中分离    
D．恒温恒容再充入2 mol CO₂和3 mol H₂
③计算该温度下此反应的平衡常数K＝__________。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
（2）某甲醇燃料电池原理如下图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，用上图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解反应的总反应的离子方程式为________________________。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）。

氨在国防、工农业等领域发挥着重要作用。
（1）工业以甲烷为原料生产氨气的过程如下：
①过程Ⅰ中，有关化学反应的能量变化如下图所示

反应①为      反应（填“吸热”或“放热”），CH₄ (g)与H₂O(g)反应生成CO(g)和H₂(g)的热化学方程式是                   。
②CO可降低过程Ⅱ所用催化剂的催化效率，常用乙酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收，其反应原理为：
，所得溶液经处理的又可再生，恢复其吸收CO能力，再生的适宜条件是               。（选填字母）。
a．高温、高压      b．高温、低压 
c．低温、低压      d．低温、高压
③下表是过程Ⅱ中，反应物的量相同时，不同条件下平衡体系中氨的体积分数

Ⅰ.根据表中数据，得出的结论是                    。
Ⅱ.恒温时，将N₂和H₂的混合气体充入2L密闭容器中，10分钟后反应达到平衡时n(N₂)= 0.1mol，
n(H₂)= 0.3mol。下列图象能正确表示该过程中相关量的变化的是         。（选填字母）。

（2）直接供氨式固体氧化物燃料电池能量转化率达85％，其结构示意图如图所示：

①负极的电极反应式是______。
②用该电池电解300ml的饱和食盐水。一段时间后，溶液pH=13(忽略溶液体积的变化)，则消耗NH₃溶液的体积是_____L。(标准状况)

(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)

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^－＋10 OH^－＝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

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（CH₄OH）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该电池正极的电极反应式为：_______

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：2Cu₂O+ Cu₂S=6Cu+SO₂
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________.

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）—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：其相关数据如下表所示：

容器	容积/L	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/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.0.6mol1.0mol0.5mol1.0mol
B.0.6mol2.0mol0mol0mol
C.1.0mol2.0mol1.0mol2.0mol
D.0.25mol0.5mol0.75mol1.5mol
（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[n（H2) / n（CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
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1.12 L·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500 mL 2 mol·L^-1 CuSO₄溶液，通电0.50 min后，理论上可析出金属铜        g。

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     。

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固体，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。

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）。

甲醇是一种重要的可再生能源。
（1）已知2CH₄(g)+O₂(g)=2CO(g)+4H₂(g)     ΔH ="a" KJ/mol
CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)      ΔH ="b" KJ/mol
试写出由CH₄和O₂制取甲醇的热化学方程式：                          。
（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。
甲图是反应时CO和CH₃OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡，用H₂表示平均反应速率υ(H₂)=                  _{_}。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T压强（P）的变化如乙图所示。
①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是_______。（填字母）
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的体积分数不再改变
C．体系中H₂的转化率和CO的转化率相等
D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②比较A、B两点压强大小P_A________P_B（填“＞、＜、=”）。
③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 molCO和20 molH₂，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=        L。
（4）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）。
①若KOH溶液足量，则写出电池总反应的离子方程式：___________________。
②若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8 mol，当有0.5 mol甲醇参与反应时，电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是              。

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

化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
（1）利用“化学蒸气转移法”提纯金属钨的反应原理为W(s)＋I₂(g)WI₂(g)。该反应在石英真空管中进行，如下图所示：

①该反应的平衡常数表达式K＝_______，若K＝1/2，向某恒容密闭容器中加入1mol I₂(g)和足量W(s)，反应达到平衡时I₂(g)的转化率为__________。
②该反应的△H____0（填“＞”或“＜”），上述反应体系中可循环使用的物质____。
③能够说明上述反应已经达到平衡状态的有_________（填序号）。
a．I₂与WI₂的浓度相等
b．W的质量不再变化
c．容器内混合气体的密度保持不变
d．单位时间内，金属钨消耗的物质的量与碘化钨生成的物质的量相等
（2）利用“隔膜电解法”处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH₃CHO＋H₂OCH₃CH₂OH＋CH₃COOH，实验室中，以一定浓度的乙醛和Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。

①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入__________(填化学式)。
②电解池阳极区的电极反应式为_________________。
③在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m³乙醛含量为3000 mg·L^-1的废水，可得到乙醇________kg(计算结果保留小数点后一位)。

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）。

一定温度下，在恒容密闭容器中充入2molNO₂与1molO₂发生反应如下：

4NO₂(g)+O₂(g) 2N₂O₅(g)
（1）已知平衡常数K_350℃＜K_300℃，则该反应是_________反应（填“吸热”或“放热”）；常温下，该反应能逆向自发进行，原因是_______________________________________。
（2）下列有关该反应的说法正确的是___________。
A．扩大容器体积，平衡向逆反应方向移动，混合气体颜色变深
B．恒温恒容下，再充入2molNO₂和1molO₂，再次达到平衡时NO₂转化率增大
C．恒温恒容下，当容器内的密度不再改变，则反应达到平衡状态
D．若该反应的平衡常数增大，则一定是降低了温度
（3）氮的化合物种类较多，如NH₃、NO、NO₂、HNO₃、硝酸盐等。
①亚硝酸是一种弱酸，能证明亚硝酸是弱电解质的是__________。
A．常温下，亚硝酸钠溶液的pH＞7
B．亚硝酸能和NaOH发生中和反应
C．用亚硝 酸 溶液做导电性实验，灯泡很暗
D．常温下，将pH=3的亚硝酸溶液稀释10倍 ，pH＜4
②根据酸碱质子理论，凡是能给出质子的分子或离子都是酸，凡是能结合质子的分子或离子都是碱。按照这个理论，下列微粒属于两性物质的是___________。
a．H₂O   
b．NO₂^－  
c．H₂NCH₂COOH   
d．H₂PO₄^－   
e．H₂S
③氮同主族磷元素形成的Na₂HPO₄溶液显碱性，若向溶液中加入足量的CaCl₂溶液，溶液则显酸性，其原因是___________________________________________(用离子方程式表示)。
（4）X、Y、Z、W分别是HNO₃、NH₄NO₃、NaOH、NaNO₂四种强电解质中的一种。下表是常温下浓度均为0.01 mol·L^-1的X、Y、Z、W溶液的pH。

将X、Y、Z各1mol·L^-1同时溶于水中制得混合溶液，则混合溶液中各离子的浓度由大到小的顺序为 ________________________________________________。
（5）N₂O₅是一种新型绿色硝化剂,其制备可以用硼氢化钠燃料电池作电源,采用电解法制备得到N₂O₅，工作原理如图。则硼氢化钠燃料电池的负极反应式为            。