高中化学化学电源新型电池试题

我国是个钢铁大国,钢铁产量为世界第一,高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法.
I.已知：2CO(g)+ O₂(g)＝2CO₂(g),ΔH＝-566 kJ·mol^-1
2Fe(s)+ O₂(g)＝Fe₂O₃(s),ΔH＝-825.5 kJ·mol^-1
反应：Fe₂O₃(s)+ 3CO(g)2Fe(s)+ 3CO₂(g),ΔH＝______ kJ·mol^-1.
Ⅱ.反应Fe₂O₃(s)+ CO(g)Fe(s)+ CO₂(g)在1000℃的平衡常数等于4。在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol,反应经过l0min后达到平衡.
（1）CO的平衡转化率=____________.
（2）欲提高CO的平衡转化率,促进Fe₂O₃的转化,可采取的措施是________.
a．提高反应温度
b．增大反应体系的压强
c．选取合适的催化剂
d．及时吸收或移出部分CO₂
e．粉碎矿石,使其与平衡混合气体充分接触
Ⅲ.高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收,使其在一定条件下和H₂反应制备甲醇:
CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH(g).请根据图示回答下列问题:

（1）从反应开始到平衡,用H₂浓度变化表示平均反应速率v(H₂)=________.
（2）若在温度和容器相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡吋的有关数据如下表:

容器	反应物投入的量	反应物的转化率	CH3OH的浓度	能量变化(Q1、Q2、Q3均大于0)
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1 kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2 kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3 kJ热量

则下列关系正确的是________.
A．c₁=c₂
B．2Q₁=Q₃
C．2α₁=α₂
D．α₁+α₂ =1
E．该反应若生成1mol CH₃OH，则放出(Q₁+Q₂)kJ热量
（3）若在一体积可变的密闭容器中充入l mol CO、2mol H₂和1mol CH₃OH ,达到平衡吋测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍,则该反应向______(填“正”、“逆”)反应方向移动.
（4）甲醇可与氧气构成燃料电池,该电池用多孔的惰性电极浸入浓氢氧化钾溶液,写出该电池的负极反应式__________________                                 ____。

焦炭与CO、H₂均是重要的能源，也是重要的化工原料。
（1）已知C、H₂、CO的燃烧热（△H）分别为－393.5 kJ·mol^－1、－285.8kJ·mol^－1、－283 kJ·mol^－1，又知水的气化热为＋44 kJ／mol。
①焦炭与水蒸气反应生成CO、H₂的热化学方程式为___________________。
②若将足量焦炭与2mol水蒸气充分反应，当吸收能量为191．7 kJ时，则此时H₂O（g）的转化率为_________________。
（2）将焦炭与水蒸气置于容积为2L的密闭容器中发生反应：C（s）＋H₂O（g）CO（g）＋H₂（g），其中H₂O、CO的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

①第一个平衡时段的平衡常数是______________，若反应进行到2 min时，改变了温度，使曲线发生如图所示的变化，则温度变化为___________（填“升温”或“降温”）。
②反应至5 min时，若也只改变了某一个条件，使曲线发生如图所示的变化，该条件可能是下述中的____。
a．增加了C
b．增加了水蒸气
c．降低了温度
d．增加了压强
（3）假设（2）中反应在第2min时，将容器容积压缩至1 L，请在上图中绘制出能反映H₂O、CO物质的量变化趋势的图像。
（4）若以CO、O₂、K₂CO₃等构成的熔融盐电池为动力，电解400 mL饱和食盐水，则负极上的电极反应式为______________________，当有5·6g燃料被消耗时，电解池中溶液的pH＝__________（忽略溶液的体积变化，不考虑能量的其它损耗）。

CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与水进行高温重整制备合成气。
（1）已知：CH₄、H₂和CO的燃烧热（△H）分别为－890．3kJ/mol、－285．8kJ/mol和－283．0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44．0kJ。用1 m³（标准状况）的甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气所需的热量为               （保留整数）。
（2）在一定温度下，向体积为2L的密闭容器中充入0．40mol CH₄和0．60mol H₂O（g），测得CH₄（g）和H₂（g）的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

物质浓度 时间/min	0	1	2	3	4
CH4	0.2mol·L^－1	0.13 mol·L^－1	0.1 mol·L^－1	0.1 mol·L^－1	0.09 mol·L^－1
H2	0 mol·L^－1	0.2 mol·L^－1	0.3 mol·L^－1	0.3 mol·L^－1	0.33 mol·L^－1

①计算该反应第一次达平衡时的平衡常数K                   。
②3min时改变的反应条件是                       （只填一种条件的改变即可）。
（3）已知温度、压强、投料比X[n（CH₄）/n（H₂O）]对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₁         X₂（填“=”、“>”或“<”下同）。
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：P₁         P₂。
（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：
①放电时，负极的电极反应式为                                            。
②设装置中盛有100．0mL 3．0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为               。

(16分)氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用。
（1）室温下，0.1mol/L的亚硝酸（HNO₂）、次氯酸的电离常数K_a分别为： 7.1×10^-4， 2.98×10^-8。将0.1mol/L的亚硝酸稀释100倍，c(H⁺)将      （填“不变”、“增大”、“减小”）；K_a值将（填“不变”、“增大”、“减小”）      。写出HNO₂、HClO、NaNO₂、NaClO四种物质之间发生的复分解反应的离子方程式                         。
（2）羟胺(NH₂OH) 可看成是氨分子内的l 个氢原子被羟基取代的产物，常用作还原剂，其水溶液显弱碱性。已知NH₂OH 在水溶液中呈弱碱性的原理与NH₃在水溶液中相似，请用电离方程式表示其原因        。
（3）亚硝酸钠与氯化钠都是白色粉末，且都有咸味，但亚硝酸盐都有毒性，通常它们可以通过加入热的白醋鉴别，亚硝酸钠遇到白醋会产生一种红棕色刺激性气味气体和一种无色刺激性气味气体，该反应的离子方程式为          。
（4）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          。
（5）若处理后的废水中c(PO₄^3－)＝4×10^－7 mol·L^－1，溶液中c(Ca²⁺)＝       mol·L^－1。（已知K_sp[Ca₃(PO₄)₂]=2×10^－29）
（6）某液氨-液氧燃料电池示意图如下，该燃料电池的工作效率为50%，现用作电源电解500mL的饱和NaCl溶液，电解结束后，所得溶液中NaOH的浓度为0.3 mol·L^－1，则该过程中消耗氨气的质量为      。（假设溶液电解前后体积不变）

天然气含有硫化氢气体，回收并综合利用硫化氢有重要的经济价值和环境保护意义。如硫化氢可经过一系列反应制得硫酸：

（1）物质发生不完全燃烧时的反应热难以通过实验测得。已知硫化氢气体的燃烧热是586 kJ/mol，固体硫单质的燃烧热是297kJ·mol^-1。写出硫化氢气体不完全燃烧生成固体硫单质的热化学方程式                         。
（2）工业生产中硫化氢尾气可用NaOH溶液吸收。
①吸收尾气后得到的Na₂S溶液显       性（填“酸”、“碱”、“中”）；
②下列与H₂S、NaHS和Na₂S相关的离子方程式正确的是（填字母序号）_________。

A．H2S+OH^—＝HS^—+H2O	B．HS^—+H2O＝H2S+OH^—
C．HS^—+H2OS^2—+H3O^+	D．S^2—+H2OH2S+2OH^—

（3）在一定温度下，某容器中发生2H₂S(g)2H₂(g)+S₂(g)的反应，测得相应时间时部分物质的浓度（mol·L^-1）如下表，根据表中数据回答问题：

时间 物质	0 min	20 min	60 min	90 min	120 min
H2S			0.006	0.005
H2	0	0.002	0.004
S2	0		0.002		0.0025

①判断90 min时反应速率v_(正)______v_(逆)（填“>”、“=”或“<”）；
②求该温度下反应的化学平衡常数（不必写出计算过程）K=______   ___。
（4）以硫化氢为原料，使用质子固体电解质（能传导H⁺）构成燃料电池，硫化氢放电后生成硫蒸气（化学式S₂），该燃料电池的负极反应式为_________     ____。
（5）硫酸是强酸，在图中画出硫酸溶液和氢氧化钠溶液反应过程的能量变化示意图。

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

(15分）2013年以来，我国多地频现种种极端天气。二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫是导致极端天气的重要因素。
（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解，发生反应：=2CO(g)+  △H>0，该反应的S      0（填“>”“<”或“=”），在低温下，该反应        （填“能”或“不能”）自发进行。
（2）活性炭可用于处理大气污染物NO。在1 L恒容密闭容器中加入0．100 mol NO和2．030 mol固体活性炭（无杂质），生成气体E和气体F。当温度分别在和时，测得平衡时各物质的物质的量如下表：

①请结合上表数据，写出NO与活性炭反应的化学方程式：                    。
②上述反应在℃时的平衡常数为，在℃时的平衡常数为。
计算=        。根据上述信息判断，和的关系是             。
a．         b．       c．无法比较
③在℃下反应达到平衡后，下列措施不能改变NO的转化率的是____。
a．增大c(NO)     b．增大压强      c．升高温度       d．移去部分F
（3）碘循环工艺不仅能吸收降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应               。
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出的目的是：              。
（4）开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。直接甲醇燃料电池（简称DMFC）由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

通过a气体的电极是原电池的       极（填“正”或“负”），其电极反应式为        。

(14分，每空2分))镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)₂､碳粉､氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：①NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺。
②已知实验温度时的溶解度：NiC₂O₄> NiC₂O₄·H₂O > NiC₂O₄·2H₂O
③K_sp[Ni(OH)₂]=5．0×10^-16， K_sp（NiC₂O₄）=5．0×10^-10；
回答下列问题：
（1）酸溶后所留残渣的主要成分为      (填物质名称)。
（2）用NiO调节溶液的pH，析出沉淀的成分为      (填化学式)。
（3）写出加入Na₂C₂O₄溶液后反应的化学方程式：       。
（4）写出加入NaOH溶液所发生反应的离子方程式：      。
（5）电解过程中阴极反应式    ，沉淀Ⅲ可被电解所得产物之一氧化，写出氧化反应的离子方程式    。
（6）铁镍蓄电池，放电时总反应为：
Fe+Ni₂O₃+3H₂O=Fe(OH)₂+2Ni(OH)₂，下列有关该电池的说法不正确的是

A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3､负极为Fe

B．电池放电时，负极反应为Fe+2OH^--2e^-=Fe(OH)2

C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH^--2e-=Ni2O3+3H2O

(14分)运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
（1）某硝酸厂处理尾气中NO的方法是：催化剂存在时用H₂将NO还原为N₂。已知：

则氮气和水蒸气反应生成氢气和一氧化氮的热化学方程式是                                。
（2）在压强为0.1 Mpa条件，将a mol CO和3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应如下：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) ΔH<0。
①该反应的平衡常数表达式为________________。
②若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________。
A．升高温度
B．将CH₃OH从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
（3）某研究小组在实验室研究某催化剂效果时，测得NO转化为N₂的转化率随温度变化情况如图。

①若不使用CO，温度超过775 ℃，发现NO的分解率降低，其可能的原因为________；在n(NO)/n(CO)＝1的条件下，应控制最佳温度在________左右。
②用C_xH_y(烃)催化还原NO_x也可消除氮氧化物的污染。

写出C₂H₆与NO₂发生反应的化学方程式________________。
（4）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如右图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为________________________。

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）已知：2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)  ΔH=-196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g) ΔH= -113.0kJ·mol^-1
则反应NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)的ΔH=         kJ·mol^-1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比2∶1置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是            。

A．体系压强保持不变

B．混合气体颜色保持不变

C．SO3和NO的体积比保持不变

D．每消耗1molSO3的同时生成1mol NO

测得上述反应达平衡时NO₂与SO₂的体积比为5∶1，则平衡常数K=        。
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图（1）所示。该反应ΔH________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250℃、
1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是：                                         。

（3）依据燃烧的反应原理，合成的甲醇可以设计如图（2）所示的原电池装置。
①该电池工作时，OH^-向         极移动（填“正”或“负”）。
②该电池正极的电极反应式为                              。

（1）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气和水，放出热量624kJ（25℃时），N₂H₄完全燃烧反应的热化学方程式是                                  。

（2）肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。
肼—空气燃料电池放电时：
负极的电极反应式是                                  ；
正极的电极反应式是                                  。
（3）下图是一个电化学过程示意图。

①锌片上发生的电极反应是                                  。
②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气         L（假设空气中氧气体积含量为20%）
（4）传统制备肼的方法，是以NaClO氧化NH₃，制得肼的稀溶液。该反应的离子方程式是            。

NH₃能被O₂氧化生成NO，进而氧化成NO₂，用来制造硝酸；将NO₂(g)转化为N₂O₄(l)，再制备浓硝酸。
（1）2NO(g)+ O₂(g) 2NO₂(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率的不同压强（P₁、P₂）下随温度变化的曲线如图。

①P₁______(填“>”或“<”)P₂
②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是____________。
（2）已2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H₁<0 
2NO₂(g)N₂O₄(l)  △H₂<0
下列能量变化示意图中，正确的是_______(填序号)

（3）50℃时在容积为1.0L的密闭容器中，通入一定量的N₂O₄，发生反应N₂O₄(g) 2NO₂(g)，随着反应的进行，混合气体的颜色变深。达到平衡后，改变反应 温度T，10s后又达到平衡，这段时间内，c(N₂O₄)以0.0020mol/(L·s)的平均速率降低。
①50℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60s 时段，反应速率v(NO₂)为_________mol/(L·s)。

②T______(填“>”或“<”) 50℃。
③计算温度T时该反应的平衡常数K（写出计算过程）。
（4）科学家正在开发以氨代替氢气的新型燃料电池有许多优点；制氨工业基础好、技术成熟、成本低、储运方便等。直接供氨式碱性（KOH）燃料电池的总反应为：4NH₃+3O₂==2N₂+6H₂O，氨气应通入_______(填“正极”或“负极”)室，正极反应式为_____________________________

(10分)甲醇合成反应为：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)
（1）合成甲醇的反应过程中物质能量变化如图所示。写出合成甲醇的热化学方程式             。

（2）实验室在lL密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H₂通入容器中，分别恒温在300 ℃和500 ℃反应，每隔一定时间测得容器中甲醇的浓度如下：(表中数据单位：mol•L^—l)

温度＼时间	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300 ℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500 ℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

①300 ℃时反应开始10分钟内，H₂的平均反应速率为           ；
②500 ℃时平衡常数K的数值为                 ；
③300 ℃时，将容器的容积压缩到原来的1/2，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是    (选填编号)。
a.c(H₂)减小    
b.正反应速率加快，逆反应速率减慢
c.CH₃OH的物质的量增加   
d.重新平衡时减小
（3）下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

①甲中负极的电极反应式为                      ；
②乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为        ；
③反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要       mL5.0 mol•L^—lNaOH 溶液。

氮的氢化物NH₃、N₂H₄等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(l)    △H₁
②4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)    △H₂
则反应 4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(l)   △H＝      。（请用含有△H₁、△H₂的式子表示）
（2）合成氨实验中，在体积为3 L的恒容密闭容器中，投入4 mol N₂和9 mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示：

温度(K)	平衡时NH3的物质的量(mol)
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1 mol N₂(g)和3 mol H₂(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH₃(g)中的化学键消耗的能量。
①则T₁      T₂（填“>”、“<”或“=”）
②在T₂ K下，经过10min达到化学平衡状态，则0~10min内H₂的平均速率v(H₂)=      ，平衡时N₂的转化率α（N₂）=      。
③下列图像分别代表焓变（△H）、混合气体平均相对分子质量（）、N₂体积分数φ（N₂）和气体密度（ρ）与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是      。

（3）某N₂H₄（肼或联氨）燃料电池（产生稳定、无污染的物质）原理如图1所示。

①M区发生的电极反应式为      。
②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和氯化钾溶液（电极均为惰性电极），设饱和氯化钾溶液体积为500mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），若该燃料电池的能量利用率为80%，则需消耗N₂H₄的质量为      g（假设溶液电解前后体积不变）。

(14分)质子交换膜燃料电池广受关注。
（1）质子交换膜燃料电池中作为燃料的H₂通常来自水煤气。
已知：C(s)+O₂(g)CO(g)    ΔH₁=-110.35kJ·mol^-1
2H₂O(l)2H₂(g)+O₂(g)    ΔH₂=+571.6kJ·mol^-1
H₂O(l)H₂O(g)    ΔH₃=+44.0kJ·mol^-1
则C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)    ΔH₄=       。
（2）燃料气(流速为1800mL·h^-1；体积分数为50% H₂，0.98% CO，1.64% O₂，47.38% N₂)中的CO会使电极催化剂中毒，使用CuO/CeO₂催化剂可使CO优先氧化而脱除。
①160 ℃、CuO/CeO₂作催化剂时，CO优先氧化反应的化学方程式为           。
②灼烧草酸铈[ Ce₂(C₂O₄)₃]制得CeO₂的化学方程式为             。
③在CuO/CeO₂催化剂中加入不同的酸(HIO₃或H₃PO₄)，测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示。

加入   (填酸的化学式)的CuO/CeO₂催化剂催化性能最好。催化剂为CuO/CeO₂—HIO₃，120℃时，反应1h后CO的体积为   mL。
（3）图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图。该装置中   (填“a”或“b”)为电池的负极，负极的电极反应式为           。