高中化学化学电源新型电池填空题

开发新能源，使用清洁燃料，可以达到提高能效、减少污染的目的。
Ⅰ．由C、H、O三种元素中的两种和三种分别组成的燃料物质甲和乙，其分子中均有氧，且1个乙分子中含有18个电子，则甲和乙分别是________。乙是一种清洁燃料，工业上可用甲和氢气反应制得。
（1）T₁温度时，在体积为2 L的密闭容器中充入2 mol甲和6 mol H₂，反应达到平衡后，测得c(甲)＝0.2 mol/L，则乙在平衡混合物中的物质的量分数是       。
（2）升高温度到T₂时，反应的平衡常数为1，下列措施可以提高甲的转化率的是________（填字母）。
A．加入2 mol甲      B．充入氮气    
C．分离出乙          D．升高温度
Ⅱ．（1）甲烷也是一种清洁燃料，但不完全燃烧时热效率降低并会产生有毒气体造成污染。
已知：①CH₄(g) + 2O₂(g) ＝ CO₂(g) + 2H₂O(l)   ΔH₁＝―890.3 kJ/mol
②2CO (g) + O₂(g) ＝ 2CO₂(g)   ΔH₂＝―566.0 kJ/mol
则甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水时的热效率只是完全燃烧时的________倍（计算结果保留1位小数）。
（2）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的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：
①若使用酸性水溶液做电解质，甲烷燃料电池的负极反应式是________。
若使用熔融Na₂CO₃做电解质，该电池负极的反应式是        。
若使用燃料电池内部是熔融的掺杂着氧化钇（Y₂O₃）的氧化锆（ZrO₂）晶体，可以传导O^2—。则在电池内部O^2—由____极移向____极（填“正”或“负”）；电池的负极电极反应式为                 。
②若B中为氯化铜溶液，当线路中有0.1 mol电子通过时，________（填“a”或“b”）极增重________g。
若B中为足量Mg(NO₃) ₂和NaCl的混合溶液。电解开始后阴极的现象为____     。

（14分，每空2分）四种短周期元素A、B、C、D的性质或结构信息如下。
①原子半径大小：A>B>C>D
②四种元素之间形成的某三种分子的比例模型及部分性质如下：

请根据上述信息回答下列问题。
（1）C元素在周期表中的位置         ， 请写出D₂C₂分子的结构式________，A元素的单质与物质甲发生反应的离子方程式_______。
（2）丁物质与乙互为同系物，在相同条件下其蒸气的密度是氢气密度的36倍，且核磁共振氢谱只有
1组峰，写出丁物质的结构简式                 。
（3）A与同周期的E元素组成的化合物EA₅在热水中完全水解生成一种中强酸和一种强酸，该反应的化学方程式是             。
（4）以Pt为电极，KOH为电解质溶液,两极分别通入乙和C的单质可组成燃料电池，该同学想在装置Ⅱ中实现铁上镀铜，则a处电极上发生的电极反应式       ，一段时间后，测得铁增重128g，此时b极通入气体的体积是      L（标准状况下）。

为了减少煤燃烧对大气造成的污染，煤的气化和液化是高效、清洁利用煤炭的重要途径，而减少CO₂气体的排放也是人类面临的重大课题．煤综合利用的一种途径如下所示：

（1）已知：C(s)+H₂O(g)====CO(g)+H₂(g)   △H₁=+131.3kJ•mol^-1
C(s)+2H₂O(g)====CO₂(g)+2H₂(g)   △H₂=+90kJ•mol^-1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是              。
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；ΔH
①该反应平衡常数表达式为K＝             。
②已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。

该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0。若温度不变，减小反应投料比[n(H₂) /n(CO₂)]，则K将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
（3）一种新型氢氧燃料电池工作原理如下图所示。

①写出电极A的电极反应式                      放电过程中，溶液中的CO₃^2-将移向电极    （填A或B）
②以上述电池电解饱和食盐水，若生成0.2mol Cl₂，则至少需通入O₂的体积为        L（标准状况）

(14分)甲醇(CH₃OH)和二甲醚(CH₃OCH₃)被称为21世纪的新型燃料。以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下

（1）写出催化反应室1中在一定条件下进行的化学方程式：              。
（2）在压强为0.1MPa条件下，反应室3(容积为VL)中amolCO与2amolH₂在催化剂作用下反应生成甲醇：CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，

则：①P₁       P₂。(填“<”、“>”或“=”)
②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a mol CO与2a mol H₂，达到新平衡时，CO的转化率      。(填“增大”、“减小”或“不变”)
③在P₁压强下，100℃时，反应：CH₃OH(g)CO(g)+2H₂(g)的平衡常数为    。(用含a、V的代数式表示)。
（3）下图为绿色电源“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   。

（4）水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)；ΔH＝－90.8 kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)；ΔH＝－23.5kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g)；ΔH＝－41.3 kJ·mol^-1
则反应：3H₂(g) +3CO(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)的ΔH＝         。

镁是一种重要的金属资源，工业上制取镁单质主要是电解法。
（1）电解法制取镁单质的反应方程式是：______________________________。
（2）电解原料无水氯化镁可由海水制备。主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩冷却结晶。
其步骤先后顺序是__________________________________；（每步骤可重复使用）
（3）上述步骤①中“一定条件下”具体是指：_______________________________，
其目的是___________________________________________。
（4）已知某温度下Mg(OH)₂的K_sp＝6.4×l0⁻¹²，当溶液中c(Mg²⁺)≤1.0×10⁻⁵mol·L⁻¹可视为沉淀完全，则此温度下应保持溶液中c(OH^－)≥_________________ mol·L⁻¹。
（5）饱和NH₄Cl溶液滴入少量的Mg(OH)₂悬浊液中，看到的现象是___________。反应原理可能有两方面，请分别用离子方程式表示：
①________________________________________________；
②________________________________________________。
要验证①②谁是Mg(OH)₂溶解的主要原因，可选取________代替NH₄Cl溶液作对照实验。
A．NH₄NO₃       B．(NH₄)₂SO₄     C．CH₃COONH₄      D．NH₄HCO₃
（6）镁电池是近年来科学技术研究的热点之一。一种“镁—次氯酸盐”电池的总反应为：
Mg + ClO^- + H₂O ="=" Mg(OH)₂ + Cl^- 。其工作时正极的电极反应式：_________________；用此镁电池给铅蓄电池充电，下列说法中正确的是______________________________。
A．镁电池正极与铅蓄电池正极相连
B．电子从Pb电极转移到镁电池负极
C．充电后，铅蓄电池两极质量均减小，理论上镁电池消耗24 g Mg，阴、阳极的质量变化之比为3︰2
D．充电后，镁电池和铅蓄电池的pH均增大

化学电源在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为：
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            （填序号）
①以上反应不是可逆反应
②电解质溶液为硫酸
③充电时化学能转变为电能
④放电时镉（Cd）为负极，发生还原反应
⑤放电时正极区pH升高
（2）氢氧燃料电池突出优点是把化学能直接转化为电能，而不经过热能中间形成，发生的反应为：
则负极反应式为___   _________。一段时间后，KOH溶液的浓度           (“变大”、“变小”或“不变”）
（3）在用惰性电极电解水制取H₂和O₂时，为了增强导电性，常常要加入一些电解质，下列物质中不能选用的是          （填序号）

A．NaOH

B．H2SO4

C．Na2SO4

D．CuSO4

(14分)人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，填写空格。
（1）蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO₂+2H₂SO₄＝2PbSO₄+2H₂O。正极电极反应式为                                    。
（2）FeCl₃溶液常用于腐蚀印刷电路铜板,发生2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为_________,当线路中转移0.2mol电子时，则被腐蚀铜的质量为       g
（3）将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为___________。
A．铝片、铜片      B．铜片、铝片      C．铝片、铝片   
（4）已知甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

该电池工作时，b口通入的物质为___________，该电池正极的电极反应式为：___________，工作一段时间后，当6.4 g甲醇（CH₃OH）完全反应生成CO₂时，有___________mol电子发生转移。

铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质、合金及其化合物在生产生活中的应用日趋广泛，铝土矿是生产铝及其化合物的重要原料。
（1）铝元素在元素周期表中的位置是____        。
（2）铝电池性能优越，铝一空气电池以其环保、安全而受到越来越多的关注，其原理如图所示。

①该电池的总反应化学方程式为____    ；
②电池中NaCI的作用是                。
③以铝一空气电池为电源电解KI溶液制取KIO₃（石墨为电极材料）时，电解过程中阳极的电极反应式为                            。
④某铝一空气电池的效率为50%，若用其作电源电解500mL的饱和NaCI溶液，电解结束后，所得溶液（假设溶液电解前后体积不变）中NaOH的浓度为0．3 mol·L^－1，则该过程中消耗铝的质量为                 。（3）氯化铝广泛用于有机合成和石油工业的催化剂，聚氯化铝也被用于城市污水处理。
①氯化铝在加热条件下易升华，气态氯化铝的化学式为Al₂Cl₆，每种元素的原子最外层均达到8电子稳定结构，则其结构式为               。
②将铝土矿粉与碳粉混合后加热并通入氯气，可得到氯化铝，同时生成CO，写出该反应的化学方程式              。

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种清洁、高效、具有优良的环保性能的可燃物，被称为21世纪的新型能。工业制备二甲醚的生产流程如下：
催化反应室中（压力2.0~10.0MPa，温度300℃）进行下列反应：
①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H ₁=" -" 90.7 kJ·mol^－1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) △H₂ =" -" 23.5 kJ·mol^－1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)   △H₃ =" -" 41.2 kJ·mol^－1
（1）催化反应室中的总反应：3CO(g)+3H₂(g) CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)。
该反应的反应热△H =_________。催化反应室中采用300℃的反应温度，理由是   。
（2）已知：反应①在300℃时的化学平衡常数为0.27。该温度下将2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容积为2 L的密闭容器中，此时反应将（填“正向进行”、“逆向进行”或“处于平衡状态”）。
（3）上述流程中二甲醚精制的实验操作名称为      。
（4）图为绿色电“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。

该电池工作时，H⁺向 极移动（填“正”或“负”）；a电极的电极反应式为    。

聚合氯化铝是一种新型净水剂，其中铝的总浓度（用Al_T表示）包括三类‘“主要为Al³⁺的单体形态铝总浓度（用Al_a表示）；主要为[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺的中等聚合形态铝总浓度（用Al_b表示）和Al(OH)₃胶体形态铝总浓度（用A1_c表示）。
（1）一定条件下，向1.0 mol/LAlCl₃溶液中加入0.6 mol/L的NaOH溶液，可制得Al_b含量约为86％的聚合氯化铝溶液。写出生成[AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂]⁷⁺的离子方程式：_____________________。
（2）用膜蒸馏（简称MD）浓缩技术将聚合氯化铝溶液进行浓缩，实验过程中不同浓度聚合氯化铝中铝形态分布（百分数）如下表：

AlT/（mol·L^－1）	Ala/%	Alb/%	A1c/%
0.208	1.4	86.6	12.0
0.489	2.3	86.2	11.5
0.884	2.3	88.1	9.6
1.613	3.1	87.0	9.9
2.520	4.5	88.2	7.3

①在一定温度下，Al_T越大，pH    （填“越大”、“越小”或“不变”）。
②如将Al_T =" 2.520" mol·L^－1的聚合氯化铝溶液加水稀释，则稀释过程中主要发生反应的离子方程式：         。
③膜蒸馏料液温度对铝聚合形态百分数及铝的总浓度的影响如图1。当T>80℃时，Al_T显著下降的原因是        。

（3）真空碳热还原一氧化法可实现由铝土矿制备金属铝，相关反应的热化学方程式如下：
①Al₂O₃(s)+AlCl₃(g)+3C(s) = 3AlCl(g)+3CO(g) △H₁ =" a" kJ·mol^－1
②3AlCl(g) =" 2Al(l)+" AlCl₃(g)    △H₂ =" b" kJ·mol^－1
则反应Al₂O₃(s)+ 3C(s) =" 2Al(l)+" +3CO(g)  △H =    kJ·mol^－1（用含a、b的代数式表示）。反应①常压下在1900℃的高温下才能进行，说明△H 0（填“>”“=”或“<”）。
（4）一种铝空气电池结构如图2所示，写出该电池正极的电极反应式   。

(16分)中国环境监测总站数据显示，颗粒物(PM2.5等)为连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO₂、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
（1） 将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH	SO	NO	Cl^－
浓度/mol•L^－1	4×10^－6	6×10^－6	2×10^－5	4×10^－5	3×10^－5	2×10^－5

根据表中数据计算PM2.5待测试样的pH ＝       。
（2）NO_x是汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：
①N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H＝   。
②当尾气中空气不足时，NO_x在催化转化器中被还原成N₂排出。写出NO被CO还原的化学方程式                       。
（3） 碘循环工艺不仅能吸收SO₂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H₂的目的是_____________________。
③用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH）表示），NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：Ni(OH)₂＋MNiO(OH)＋MH，电池放电时，负极电极反应式为            ； 充电完成时，全部转化为NiO(OH)，若继续充电，将在一个电极产生O₂，O₂扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极电极反应式为        。

Ag₂O₂是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在KOH加入适量AgNO₃溶液，生成Ag₂O沉淀，保持反应温度为80，边搅拌边将一定量K₂S₂O₈溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得到固体样品．反应方程式为
2AgNO₃+4KOH+K₂S₂O₈Ag₂O₂↓+2KNO₃+2K₂SO₄+2H₂O
回答下列问题：
（1）上述制备过程中，检验洗剂是否完全的方法是                              
                                                                                    
（2）银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag₂O₂转化为Ag，负极的Zn转化为K₂Zn（OH）₄，写出该电池反应方程式：                          ．
（3）准确称取上述制备的样品（设仅含Ag₂O₂和Ag₂O） 2.558g，在一定的条件下完全分解为Ag 和O₂，得到224.0mLO₂（标准状况下）．计算样品中Ag₂O₂的质量分数（计算结果精确到小数点后两位）．

氢氧燃料电池是将H₂通入负极，O₂通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高．
（1）若电解质溶液为KOH溶液，其正极反应为        ，负极反应为 ^﹣     ；
（2）若电解质溶液为硫酸，其正极反应为      ，负极反应为         ；若反应过程中转移了2mol电子，可产生水的质量为      g．
（3）若用氢氧燃料电池电解由NaCl和CuSO₄组成的混合溶液，其中c（Na⁺）=3c（Cu²⁺）=0.3mol•L^﹣1，取该混合液100mL用石墨做电极进行电解，通电一段时间后，在阴极收集到0.112L（标准状况）气体．此时氢氧燃料电池外电路中转移电子数为    ，消耗H₂的质量为        g．

肼(N₂H₄)是火箭发射常用的燃料。一种以肼(N₂H₄)为燃料的电池装置如图所示。该燃料电池的电极材料采用多孔导电材料，以提高电极反应物在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，以空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质。

（1）负极上发生的电极反应为_________________；
（2）电池工作时产生的电流从_______电极经过负载后流向________电极（填“左侧”或“右侧”）。
（3）放电一段时间后，右侧溶液的pH       （填“变大”或“变小”）

(11分)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO₄，溶于混合有机溶剂中，Li^＋通过电解质迁移入MnO₂晶格中，生成LiMnO₂。 回答下列问题：

（1）外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
（2）电池正极反应式为__________________________。
（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是     ________________________________________________。
（4）MnO₂可与KOH和KClO₃在高温下反应，生成K₂MnO₄，反应的化学方程式为____________________________________。K₂MnO₄在酸性溶液中歧化，生成KMnO₄和MnO₂的物质的量之比为____。