高中化学化学电源新型电池填空题

新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH₃COO)₂Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。
方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：

请回答下列问题：
（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是            。
（2）在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有     、       、      （填化学式）生成。
（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为          。
（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：                。
（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为                         。

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．已知反应Fe₂O₃（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO₂（g）△H=﹣23.5kJ•mol^﹣1，该反应在1000℃的平衡常数等于64。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
Ⅱ．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Q1kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ热量

则下列关系正确的是（      ）
A．c₁=c₂      B．2Q₁=Q₃       C．2α₁=α₃      D．α₁+α₂=1
Ⅲ．以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，图三是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图．回答下列问题：
（1）B极上的电极反应式为              
（2）若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为          （标况下）。

工业上将煤气化过程中生成的CO和H₂在一定条件下反应制得甲醇，反应的方程式为：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浓度变化表示的平均反应速率v(H₂) =____   ；平衡时CO的转化率为____          。
（2）该反应的平衡常数表达式为              ；若升高反应温度，该反应的平衡常数将    （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）若在一定温度下，向一恒压容器中充人1 mol CO、2mol H₂和1 mol CH₃OH，反应达到平衡时，测得混合气体的密度是同温同压下起始混合气体密度的0.8倍，则到达平衡状态前该反应向____    （填“正”或“逆”）反应方向进行。
（4）根据图二，甲醇分解的热化学方程式为               。
（5）若以甲醇为原料制成燃料电池，在碱性介质中负极的电极反应式为____      。

CO₂作为未来碳源，既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”，又可有效地解决温室效应。目前，人们利用光能和催化剂，可将CO₂和H₂O(g)转化为CH₄和O₂。请回答下列问题：
（1）将所得CH₄与H₂O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) △H =" +206" kJ·mol^-1。将等物质的量的CH₄和H₂O(g)充入l L恒容密闭容器，某温度下反应5 min后达到平衡，此时测得CO的物质的量为0.10 mol，则5 min内CH₄的平均反应速率为   。平衡后可以采取下列   的措施能使n（CO）：n（CH₄）增大。
A．加热升高温度
B．恒温恒容下充入氦气
C．恒温下增大容器体积
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O
（2）工业上可以利用CO为原料制取CH₃OH。
已知: CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)  △H="-49.5" kJ·mol^－1
CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g） △H=" +" 41.3 kJ·mol^－1
①试写出由CO和H₂制取甲醇的热化学方程式   。
②该反应的△S   0(填“>”或“<”或“=”)，在     情况下有利于该反应自发进行。
（3）某科研人员为研究H₂和CO合成CH₃OH的最佳起始组成比n(H₂) ： n(CO)，在l L恒容密闭容器中通入H₂与CO的混合气（CO的投入量均为1 mol），分别在230°C、250°C和270°C进行实验，测得结果如下图，则230℃时的实验结果所对应的曲线是   (填字母)；理由是   。列式计算270℃时该反应的平衡常数K：   。

（4）以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，

该电池中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O^2-可以在固体介质NASICON中自由移动。则负极的反应式   。
关于该电池的下列说法，正确的是   。
A．工作时电极b作正极，O^2- 通过固体介质NASICON由电极b流向电极a
B．工作时电流由电极a通过传感器流向电极b
C．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

(14分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H₂反应生产CH₃OH，并开发出甲醇燃料电池。
（1）已知：CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)    △H＝－283.0 kJ·mol^－1
2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)    △H＝－1453.0 kJ·mol^－1
则CH₃OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H₂O(l)的热化学方程式为              。
（2）工业上常利用反应CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g) △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。

230℃的实验结果所对应的曲线是      （填字母）；该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H₂):n(CO) 的比值范围是       （填字母） 。
A．1～1.5        B．2.5～3       C．3.5～4.5
（3）制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：H₂O(g)+CO(g)H₂(g)+CO₂(g) △H＜0，某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题：
①该温度下，若起始时c(CO)="1" mol·L^－1，c(H₂O)="2" mol·L^－1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.5 mol·L^－1，则此时该反应v(正)       v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。
②若降低温度，该反应的K值将   （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^－向      极移动（填“a”或“b”）。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的离子方程式为                     。

（1）已知：
甲醇制烯烃反应①：2CH₃OH(g)＝C₂H₄ (g)＋2H₂O(g)△H₁＝－29．0 KJ·mol^－1
甲醇脱水反应②：2CH₃OH(g)＝CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)△H₂＝－24．0 KJ·mol^－1
乙醇异构化反应③：CH₃CH₂OH(g)＝CH₃OCH₃(g))△H₃＝+50．8 KJ·mol^－1
则乙烯气相直接水合反应C₂H₄ (g)＋H₂O(g)＝C₂H₅OH(g)的△H＝        KJ·mol^－1
（2）在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打（NaHCO₃），并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵。
①写出上述制备小苏打的化学方程式：__________________________________。
②滤出小苏打后，母液提取氯化铵有两种方法：Ⅰ、通入氨，冷却、加食盐，过滤；Ⅱ、不通氨，冷却、加食盐，过滤。其中方法Ⅰ析出的氯化铵的纯度更高，其原因是            。而方法Ⅱ的优点是其滤液可以                。
（3）铅及其化合物可用于蓄电池，耐酸设备及X射线防护材料等。PbO₂可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为                      ：PbO₂也可以通过石墨为电极，Pb(NO₃)₂和Cu(NO₃)₂的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式                      ，电解液中加入Cu(NO₃)₂的原因是                。

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____     。

过氧化氢是用途很广的绿色氧化剂，它的水溶液俗称双氧水，常用于消毒、杀菌、漂白等。试回答下列问题：
（1）写出在酸性条件下H₂O₂氧化氯化亚铁的离子反应方程式：____________。
（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可通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，过滤即可制得。则上述最适合的过氧化物是________。
（3）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，则该反应的化学方程式为________，过氧化氢比理论用量稍多，其目的是________。反应温度最好控制在30 -70℃，温度不易过高，其主要原因是________。
（4）下图是硼氢化钠一过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（5）Na₂CO₃·xH₂O₂可消毒、漂白。现称取100 g的Na₂CO₃·xH₂O₂晶体加热，实验结果如图所示，则该晶体的组成为________。

（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）。

近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下：

请回答下列问题：
（1）Pt（a）电极对应发生的电极反应为                。Pt（b）电极反生             反应（填“氧化”或“还原”），电极反应为             。
（2）电池的总反应方程式为                        。
（3）如果该电池工作时电路中通过2mol电子，则消耗的CH₃OH有           mol。

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＝         。

（共16分）
Ⅰ．(10分)已知2A(g)+B(g)   2C(g)；△H=－a kJ／mol(a>0)，在一个有催化剂的固定容积的容器中加入2molA和1molB，在500℃时充分反应达平衡后C的浓度为w mol／L,放出热量b kJ。
（1）比较a         b( 填 > 、 = 、 < )
（2）若在原来的容器中，只加入2mol C，500℃时充分反应达平衡后，吸收热量ckJ，C物质的浓度    (填>、=、<)w mol/L，a、b、c之间满足的关系式为                      (用含a、b、c的代数式表示)。
（3）能说明该反应已经达到平衡状态的是               。
a、V(C)=2V(B)；        b、容器内压强保持不变 
c、V逆(A)=2V正(B)     d、容器内的密度保持不变
（4）若将上述容器改为恒压容器(反应前体积相同)，起始时加入2molA和lmolB，500℃时充分反应达平衡后，放出热量d kJ，则d     b ( 填 > 、 = 、 < )，
Ⅱ.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：
NiO(OH)＋MHNi(OH)₂＋M
（1）电池放电时，负极的电极反应式为_______                                    
（2）充电完成时，Ni（OH）₂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，阴极的电极反应式为________。

(10分)图示的四个容器中分别盛有不同的溶液，除A、B外，其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池，其工作原理为：Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄2PbSO₄＋2H₂O，其两个电极的电极材料分别是PbO₂和Pb。

闭合S，发现G电极附近的溶液变红，20 min后，将S断开，此时C、D两极上产生的气体体积相同；据此回答：
（1）A电极的电极材料是______________(填“PbO₂”或“Pb”)。
（2）电解后，要使丙中溶液恢复到原来的浓度，需加入的物质是________(填化学式)。
（3）到20 min时，电路中通过电子的物质的量为________。
（4）0～20 min，H电极上发生反应的电极反应式为______________

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