高中化学化学电源新型电池填空题

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                  。

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_____________________________

钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下：

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有            。
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是            （写化学式）。
（3）反应④的离子方程式为                    。
（4）25℃、101 kPa时，4Al(s)＋3O₂(g)==2Al₂O₃(s)  ΔH₁＝-a kJ/mol
4V(s)＋5O₂(g)==2V₂O₅(s)  ΔH₂＝-b kJ/mol
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是              。
（5）钒液流电池（如下图所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为            ，电池充电时阳极的电极反应式是           。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2VO+2＋H₂C₂O₄＋2H⁺===2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25.00 mL 0.1000 mol/LH₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为     g/L。

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）。

汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。

（1）汽车尾气净化的主要原理为2N0+2C0→ 2C0₂+N₂。在密闭容器中发生该反应时，c(C0₂)随温度（T)和时间（t）的变化曲线如图所示。
①T₁       (填“>”“＜”或“=”)T₂
②在T₂温度下，0〜2 S内的平均反应速率（N2)=。
③若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是        。

（2）NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用广泛的烟气氮氧化物脱除技术。用Fe作催化剂时，在氨气足量的情况下，不同 对应的脱氮率如图所示。

脱氮效果最佳的=             。此时对应的脱氮反应的化学方程式为           。
（3）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可形成燃料电池，其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成N₂O₅,其电极反应式为        。

(17分)二甲醚是一种重要的清洁燃料。合成二甲醚是解决能源危机的研究方向之一。

（1）用CO₂和H₂可以合成二甲醚(CH₃OCH₃)
（2）已知在一定温度下，以下三个反应的平衡常数为k₁、k₂、k₃：

（3）二甲醚(CH₃OCH₃)燃料电池可以提升能量利用率。利用二甲醚酸性介质燃料电池电解100mL 1mo1 的食盐水(惰性电极)，电解一段时间后，收集到标况下的氢气2.24L(设电解后溶液体积不变)
①二甲醚燃料电池的负极反应式为_____________。
②电解后溶液的PH=_________________________
（4）工业合成氨的反应为：mol^-1
已知合成氨反应在某温度下2L的密闭绝热容器中进行，测得数据如下表：

根据表中数据计算：
①0 min～1 min内N₂的平均反应速率为_________
②该条件下反应的平衡常数k=________(保留两位小数)
③反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N₂、H₂、NH₃各1mol，
化学平衡向_______(填“正向”、“逆向”或“不移动”)，该反应的平衡常数k___________(填“变大”“减小”或“不变”)
（5）常温下，将0.2molHCOOH和0.1molNaOH溶液等体积混合，所得溶液的PH<7，说明HCOOH的电离程度____________HCOONa的水解程度(填“大于”或“小于”)。
该溶液中[HCOOH]-[OH^-]+[H⁺]=______mol

(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            。

铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是          (只写离子方程式)。
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe＋CuSO₄=Cu＋FeSO₄设计的原电池，请在图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为         ；
若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1 mol NaCl溶液400 mL，当阳极产生的气体为448 mL(标准状况下)时，溶液的pH= (假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu^2＋等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下K_sp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，              直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu^2＋。

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       。

“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________。

(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        。