高中化学化学电源新型电池填空题

(14分)CO₂和H₂可用于合成甲醇和甲醚。
（1）已知①CH₃OH(l)＋O₂(g) ="=" CO₂(g)＋2H₂O(l)   ΔH＝－725.5 kJ·mol^－1
②H₂(g)＋O₂(g) ="=" H₂O(g)  ΔH ＝－241.8 kJ·mol^－1
③H₂O(g) ="=" H₂O(l)   ΔH ＝－44 kJ·mol^－1
则工业上以CO₂(g)、H₂(g)为原料合成CH₃OH(l)，同时生成H₂O(l)的热化学方程式为_______。
（2）将CO₂转化为甲醚的反应原理为2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(l)
已知在投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，不同温度、不同压强时，CO₂的转化率见下表：

①下列关于上述可逆反应的说法正确的是

A．在恒温、恒容的密闭容器中，当反应混合气体的密度保持不变时反应达平衡状态

B．当v正(CO2)=" 3" v逆(H2)，反应达平衡状态

C．当n(CO2):n(H2)=1：3时，反应达平衡状态

D．a > 60%

②上述反应的化学平衡常数的表达式为__________。
③该反应的ΔH       0，原因是                       。
④在压强为P、温度为500K、投料比n(CO₂):n(H₂)=1：3的条件下，反应达平衡状态时H₂的转化率为         ，混合气体中CO₂的体积分数为             。
（3）以甲醇、空气、KOH溶液为原料可设计成燃料电池：放电时，负极的电极反应式为            。

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       。

随着氮氧化物污染的日趋严重，国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂ (g)   △H。某研究小组向某密闭容器加入一定量的活性炭和NO，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol·L^－1 时间/min	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T₁℃时，该反应的平衡常数K＝                    （保留两位小数）。
②30min后，改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是             。
③若30min后升高温度至T₂℃，达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应的
△H           0（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（2）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄(g)＋4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－574 kJ·mol^－1
②CH₄(g)＋4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)   △H＝－1160 kJ·mol^－1
③H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ·mol^－1
写出CH₄(g)与NO₂(g)反应生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O（1）的热化学方程式                。
（3）以NO₂、O₂、熔融NaNO₃组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，有关电极反应可表示为                              。

（4）据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图所示。

①该工艺中能量转化方式主要有         (写出其中两种形式即可)。
②电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为                    。

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，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)

氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。
（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。

反应	大气固氮 N2(g)+O2(g)2NO(g)	工业固氮 N2(g)+3H2 (g)2NH3(g)
温度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10^-31	0.1	5×10^8	0.507	0.152

①分析数据可知：大气固氮反应属于__________（填“吸热”或“放热”）反应。
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因__________。
③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因_______________________。
（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N₂的平衡转化率在不同压强（р₁、р₂）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是________（填“A”或“B”）；比较р₁、р₂的大小关系_________。

（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是                   。

（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N₂(g)+6H₂O(1)4NH₃(g)+3O₂(g)，则其反应热ΔH＝___________________。
（已知：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝－92.4kJ·mol^－1
2H₂(g) +O₂(g)2H₂O(l)   △H＝－571.6kJ·mol^－1 ）

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。

(14分)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)。

“海底黑烟囱”是海底热泉将地壳深处金属、非金属化合物带出时逐渐沉积形成的烟囱状通道，含有铜、锌、锰、钻、镍等金属的硫化物及金、银、铂等贵金属。“海底黑烟囱”的研究对海底矿产资源的勘探及金属硫化物成矿过程的认识均有极大的推动作用。
（1）“烟囱”周围的水样中发现了中子数是1，质子数是2的核素，该核素符号是                。
（2）“烟囱”内壁含有的结晶黄铁矿（主要成分是FeS₂）在一定条件下发生如下反应：14CuSO₄＋5FeS₂＋12H₂O﹦7X＋5FeSO₄＋12H₂SO₄，X的化学式是              ，氧化剂是             。
（3）“烟囱”外壁含有石膏（CaSO₄﹒2H₂O），在1400 ⁰C时能分解生成CaO，水蒸气和另外两种气体，其中一种气体可使品红溶液褪色。写出1400℃时石膏分解的化学方程式                。
（4）“烟囱”底部存在的难溶物ZnS遇CuSO₄溶液会慢慢转化为铜蓝(CuS）。根据沉淀溶解平衡理论写出由ZnS转化为CuS的离子方程式               ；
（5）“烟囱”中含有钻元素，LiCoO₂可用作一种锂离子电池的正极材料。该锂离子电池充电过程中，负极发生的反应为6C＋xLi^＋＋xe-﹦Li_xC₆，正极发生LiCoO₂与Li_1-xCoO₂之间的转化，写出放电时电池总反应方程式              。

(16分)天然气在生产、生活中具有广泛的应用。
（1）CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) △H="-162" kJ·mol^-1。其他条件相同，实验测得在T₁和P_l与T₂和P₂条件下该反应的H₂平衡转化率相同，若T₁> T₂、则P_l ____P₂ (填“>”“<”或“=”)，平衡常数K_{1______}K₂(填“>” “<”或“=”)。
（2）另一合成CH₄的原理：CO(g)+3H₂(g)CH₄(g)+H₂O(g)。某温度时将0．1molCO和0.3mol H₂充入10L的密闭容器内，l0min时达平衡。测得10min内v(CO)= 0．0009mol·L^-1·min^-1，则H₂的平衡转化率为______，该温度下反应的平衡常数为___________mol^-2·L²。
（3）某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理，设计如图所示的装置。已知甲池的总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，乙池中盛有1L lmo1·L^-1CuSO₄溶液。a电极通入的气体为CH₄，其电极反应式是______，b电极的现象为______。一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1，则在这段时间内转移电子的物质的量为________mol。

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：_________________________。

“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________。

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              ．

过氧化氢的水溶液俗称双氧水，它的用途很广，常用于消毒、杀菌、漂白等。试回答下列问题：
（1）过氧化氢属于        (极性/非极性)分子。
（2）Na₂O₂，K₂O₂以及BaO₂都可与酸作用生成过氧化氢，目前实验室制取过氧化氢溶液可取上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，然后经       操作即可制得，则上述最适合的过氧化物是________。
（3）几乎所有古代艺术家的油画都是以铅白2PbCO₃·Pb(OH)₂为底色，但若空气中含H₂S气体，铅白就会变黑，可以用H₂O₂将黑色物氧化成颜色相近的PbSO₄而修复，写出铅白在空气中变黑的化学方程式________。
（4）甲酸钙[Ca(HCOO)₂]广泛用于食品工业生产上，实验室制取甲酸钙的方法之一是将氢氧化钙和甲醛溶液依次加入到质量分数为30%-70%的过氧化氢溶液中，
①则该反应的化学方程式为___            _____，
②过氧化氢比理论用量稍多，其目的是_____。
③反应温度最好控制在30 -70℃，温度不易过高，其主要原因是___             _____。
（5）下图是硼氢化钠(NaBH₄)一过氧化氢燃料电池示意图，该电池负极的电极反应方程式为            。

（6）过氧化氢与碳酸钠的加合物 Na₂CO₃·xH₂O₂比较稳定，方便储存，可用于消毒、漂白，现称取100 g Na₂CO₃·xH₂O₂晶体加热，实验结果如图所示，则该晶体的组成为________。