高中化学化学电源新型电池简答题

（1）如图所示，组成一种原电池．试回答下列问题(灯泡功率合适)：

①电解质溶液为稀H₂SO₄时上述装置中灯泡亮，此时Al电极上发生反应的电极反应式为： ___         ；
②电解质溶液为NaOH溶液时，灯泡______(填“亮”或“不亮”, 填“亮”做a题，填“不亮”做b题)。
a.若灯泡亮，则Mg电极上发生的电极反应式为：_______________               ；
Al电极上发生反应的电极反应式为：_______________                             ；
b.若灯泡不亮，其理由为：________________________                        。
（2）原电池原理的应用之一是可以设计原电池。请利用反应“Cu＋2Fe³⁺ ＝2Fe²⁺  +Cu²⁺ ”设制一个原电池（正极材料用碳棒）则该电池的负极材料是      ，若导线上转移电子1.5 mol，则溶解铜的质量是          。另外的重要应用是实验室在用锌与稀硫酸反应制备氢气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜溶液。其作用是:                                                                        。
（3）氢氧燃料电池（电解质为KOH溶液，惰性材料作电极）负极反应的电极反应式为：
                                              。

Ⅰ.羰基硫（COS）可作为一种熏蒸剂，能防止某些昆虫的危害，其分子结构和CO₂相似。
（1）羰基硫（COS）的电子式为：______________。
（2）羰基硫（COS）用氢氧化钠溶液处理及利用的过程如下：

已知A是一种正盐，则A的化学式为______________；若气体a为单质，
反应II的离子方程式为________________________________________________。
Ⅱ.海水中含有丰富的镁资源。锂（Li）与镁元素性质相似。
（1）物质的量为0.10 mol的锂在只含有N₂和O₂混合气体的容器中燃烧，反应后容器内固体物质的质量m克，m的取值范围是                 ；
（2）锂电池是新一代高能电池，目前已研究成功多种锂电池。某离子电池正极材料是含锂的二氧化钴（LiCoO₂），充电时LiCoO₂中Li被氧化，Li^＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳（C₆）中，以LiC₆表示。电池反应为LiCoO₂＋C₆CoO₂＋LiC₆，则放电时电池的正极反应为                                。
（3）为了回收废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO₂及少量Al、Fe等）可通过下列实验方法回收钴、锂。

①在上述溶解过程中，S₂O₃^2－被氧化成SO₄^2－，LiCoO₂在溶解过程中的化学反应方程式为           。
②调整pH=5-6的目的是                                                       。

1913年，德国化学家哈伯实现了合成氨的工业化生产，被称作解救世界粮食危机的化学天才。现将lmolN₂和3molH₂投入1L的密闭容器，在一定条件下，利用如下反应模拟哈伯合成氨的工业化生产：N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g) △H＜0
当改变某一外界条件（温度或压强）时，NH₃的体积分数ψ(NH₃)变化趋势如下图所示。

回答下列问题：
（1）已知：①NH₃(g) NH₃(g) △H₁
②N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(l) △H₂
则反应N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)的△H＝              （用含△H₁、△H₂的代数式表示）。
（2）合成氨的平衡常数表达式为____          ，平衡时，M点NH₃的体积分数为10%，则N₂的转化率为        （保留两位有效数字）。
（3）X轴上a点的数值比b点           （填“大”或“小”）。上图中，  Y轴表示     （填“温度”或“压强”），判断的理由是               。
（4）若将1mol N₂和3mol H₂分别投入起始容积为1L的密闭容器中，实验条件和平衡时的相关数据如下表所示：

下列判断正确的是____。

A．放出热量：Ql< Q2< △Hl	B．N2的转化率：I> III
C．平衡常数：II >I	D．达平衡时氨气的体积分数：I>II

（5）常温下，向VmL amoI.L^-l的稀硫酸溶液中滴加等体积bmol.L^-l的氨水，恰好使混合溶液呈中性，此时溶液中c(NH₄⁺)__c(SO₄^2-)（填“>”、“<”或“=”）。
（6）利用氨气设计一种环保燃料电池，一极通入氨气，另一极通入空气，电解质是掺杂氧化钇(Y₂0₃)的氧化锆(ZrO₂)晶体，它在熔融状态下能传导O^2-。写出负极的电极反应式             。

铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：
Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-2PbSO₄+2H₂O
请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：
（1）放电时：正极的电极反应式是________________；电解液中H₂SO₄的浓度将变________；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g
（2）在完全放电耗尽PbO₂和Pb时，若按图连接

则电解一段时间后，在A电极上生成________、B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________

氨在国民经济中占有重要地位。
（1）合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH₃，放出92.2 kJ热量。
① 工业合成氨的热化学方程式是                       。
② 若起始时向容器内放入2 mol N₂和6 mol H₂，达平衡后放出的热量为Q，则
Q（填“>”、“<”或“=”）_______184.4 kJ。
③ 已知：

1 mol N-H键断裂吸收的能量约等于_______kJ。
（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 
①焓变ΔH（填“>”、“<”或“=”）       0
②在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质  的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。α随着x增大而增大的原因是                        。

③ 上图中的B点处，NH₃的平衡转化率为_______。
（3）氮气是制备含氮化合物的一种重要物质，而氮的化合物用途广泛。
下面是利用氮气制备含氮化合物的一种途径：
     
①过程Ⅱ的化学方程式是                                
②运输时，严禁NH₃与卤素（如Cl₂）混装运输。若二者接触时剧烈反应产生白烟，并且0.4 mol NH₃参加反应时有0.3 mol 电子转移。写出反应的化学方程式         
③氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料。
已知：4NH₃(g) + 3O₂(g) = 2N₂(g) + 6H₂O(g)   ΔH =" ―1316" kJ/mol，则该燃料电池的负极反应式是                。

氨气是一种重要工业原料，在工农业生产中具有重要的应用。
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）   △ H＝+180.5kJ·mol^－1
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）   △H=－905 kJ·mol^－1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）  △H=－483.6kJ·mol^－1
则N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）的△H=________________。
（2）工业合成氨气的反应为N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）。在一定温度下，将一定量的N₂和H₂通入到体积为1L的密闭容器中达到平衡后．改变下列条件，能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是____________。
①增大压强  ②增大反应物的浓度   ③使用催化剂   ④降低温度
（ 3 ）①实验室常用加热氯化铵固体和氢氧化钙固体的混合物来制取氨气，画出反应及收集的简易装置；
实验室还可在           （填一种试剂）中滴加浓氨水的方法快速制取少量氨气。
② 常温下氨气极易溶于水，溶液可以导电。氨水中水电离出的c（OH^－）         10^－7 mol·L^-1（填写“＞”、“＜”或“＝”）；
③ 将相同体积、PH之和为14的氨水和盐酸混合后，溶液中离子浓度由大到小的顺序为             。
（4）合成氨的原料氢气是一种新型的绿色能源，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行图所示实验：（其中a、b均为碳棒）。如右图所示：

右边Cu电极反应式是                  ，a电极的电极反应式                

请仔细观察下列三种装置的构造示意图。根据要求回答问题：

（1）电解精炼铜（如图1）时，b极材料是________(填“纯铜”或“粗铜”)；其电解质溶液能否用CuCl₂替代？答：________（“能”或“否”）。
（2）碱性锌锰电池（如图2）的总反应式为Zn＋2MnO₂＋2H₂O===2MnOOH＋Zn(OH)₂，该电池的负极反应式为______________________。若有0.65g锌参与了电池反应，则转移电子的物质的量为           mol。
（3）铅－硫酸蓄电池（如图3）放电过程中，负极的电极反应式为                   ，充电时，Pb电极应接电源的______极（填“正极”或“负极”)。

二甲醚（DME）一种清洁的替代燃料，不含硫，不会形成微粒，而且与汽油相比，排放的NO₂更少，因此是优良的柴油机替代燃料。工业上利用一步法合成二甲醚的反应如下（复合催化剂为Cu0/Zn0/Al₂ O₂）：2CO（g)+4H₂（g)CH₃OCH₃（g)+H₂O（g) △H=-204．7kJ/mol。
（1）若反应在恒温、恒压下进行，以下叙述能说明该反应达到平衡状态的是      。

A．CO和H2的物质的量浓度比是1：2

B．CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率的2倍

C．容器中混合气体的体积保持不变

D．容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变

E．容器中棍合气体的密度保持不变
（2）600℃时，一步法合成二甲醚过程如下：
CO（g)+2H₂（g)=CH₃OH（g)          △H₁=-100．46kJ/mol
2CH₃OH（g)=CH₃OCH₃（g)+H₂O（g)    △H₂
CO（g)+H₂O（g)=CO₂（g)+H₂（g)    △H₃=-38．7kJ/mol
则△H₂=              。
（3）复合催化剂的制备方法之一是Na₂ C0₃共沉淀法：制备1 mol/L的硝酸铜，硝酸锌和硝酸铝的水溶液。然后向盛有去离子水的烧杯中同时滴加混合硝酸盐溶液和1 mol/L的Na₂C0₃水溶液，70℃下搅拌混合。沉淀后过滤，洗涤沉淀物，80℃下干燥12小时，然后500℃下焙烧16小时。请写出上述过程中硝酸铝与Na₂C0₃水溶液反应的离子方程式：
（4）以DME为燃料，氧气为氧化剂，在酸性电解质溶液中用惰性电极制成燃料电池，则通入氧气的电极是电源的     （填正、负）极，通DME的电极反应为        。

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，先加1 mol·L^－1的H2SO4酸化，再滴入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)

、碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。

（1）在一恒温、恒容密闭容器中发生反应：Ni (s)＋4CO(g)Ni(CO)₄(g)，ΔH＜0。利用该反应可以将粗镍转化为纯度达99.9%的高纯镍。下列说法正确的是      （填字母编号）。

A．增加Ni的量可提高CO的转化率，Ni的转化率降低

B．缩小容器容积，平衡右移，ΔH减小

C．反应达到平衡后，充入CO再次达到平衡时， CO的体积分数降低

D．当4v正[Ni(CO)4]= v正(CO)时或容器中混合气体密度不变时,都可说明反应已达化学平衡状态

（2）CO与镍反应会造成含镍催化剂的中毒。为防止镍催化剂中毒，工业上常用SO₂将CO氧化，二氧化硫转化为单质硫。
已知：CO (g)＋1/2O₂(g)＝CO₂(g)      ΔH＝－Q₁ kJ·mol^-1
S(s)＋O₂(g)＝SO₂(g)        ΔH＝－Q₂ kJ·mol^-1
则SO₂(g)＋2CO (g)＝S(s)＋2CO₂(g)     ΔH＝                     。
（3）对于反应：2NO（g）+O₂2NO₂(g)，向某容器中充入10mol的NO和10mol的O₂，在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（P₁、P₂）下随温度变化的曲线（如图）。
①比较P₁、P₂的大小关系：________________。
②700℃时，在压强为P₂时，假设容器为1L，则在该条件平衡常数的数值为______（最简分数形式）
（4）NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y，其电极反应式为            。若该燃料电池使用一段时间后，共收集到20mol Y，则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为         L。

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

(14分)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO₂加氢合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径。由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H ₁=－49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₂
反应Ⅲ：CO(g)+2 H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₃=－90.77 kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=         ，反应I自发进行条件是        （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入
A：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol
B：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2mol，曲线I代表哪种投入方式     （用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．此温度下的平衡常数为      ；500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、ｘmolH₂O，若使反应在开始时正向进行，则ｘ应满足的条件是
b．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线。
（3）固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池，它是以固体氧化锆、氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O ^2-）在其间通过，该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极均不参与电极反应，下图是甲醇燃料电池的模型。

①出该燃料电池的负极反应式        
②如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为       （法拉第常数为9.65×10⁴C·mol^-1）

镁是海水中含量较多的金属，镁合金及其镁的化合物用途非常广泛。
（1）“镁-次氯酸盐”燃料电池的装置如下图所示：

该电池的正极反应式为                                  。
（2）Mg₂Ni是一种储氢合金，已知：
Mg(s) + H₂(g)MgH₂(s)            △H₁＝－74．5kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s) + 2H₂(g)Mg₂NiH₄(s)      △H₂＝－64．4kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2MgH₂(s)2Mg(s)+Mg₂NiH₄(s)的△H₃＝          。
（3）一种用水氯镁石(主要成分为MgCl₂·6H₂O)制备金属镁工艺的关键流程如下：

①为探究MgCl₂•6H₂O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl₂•6H₂O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X-射线衍射谱图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在)。

测得E中Mg元素质量分数为60．0%，则E的化学式为       。
②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为                  。
（4）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110~200°C的反应为：Mg(AlH₄)₂MgH₂ +2A1+3H₂↑每生成27gAl转移电子的物质的量为_______________。

（1 6分）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：

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）250C、101 kPa时,
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：2 VO₂⁺+ H₂C₂O₄+2 H⁺="2" VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O，取25.00 mL 0.1000 mol/L H₂C₂O₄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(V0₂)₂S0₄溶液中钒的含量为         g/L。

短周期主族元素A，B，C，D，E，F的原子序数依次增大，它们的原子核外电子层数之和为13。B的化合物种类繁多，数目庞大；C，D是空气中含量最多的两种元素，D，E两种元素的单质反应可以生成两种不同的离子化合物；F为同周期半径最小的元素。试回答以下问题：
（一）（1）D在周期表中的位置是        ，写出实验室制备单质F的离子方程式           。
（2）化学组成为BDF₂的电子式为：       ，A、C、F三种元素形成的化合物CA₄F为         化合物(填 “离子”或“共价”)。
（3）化合物甲、乙由A，B，D，E中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性。则甲、乙反应的离子方程式为：                               。
（4）由C，D，E，F形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是           (用元素离子符号表示)。
（5）元素B和F的非金属性强弱，B的非金属性         于F(填“强”或“弱”)，并用化学方程式证明上述结论                                                    。
（二）以CA₃代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点。
（1）CA₃燃料电池使用的电解质溶液是2mol•L^﹣1的KOH溶液，电池反应为：4 CA₃+3O₂=2C₂+6H₂O．该电池负极的电极反应式为         ；每消耗3.4g CA₃转移的电子数目为       。
（2）用CA₃燃料电池电解CuSO₄溶液，如图所示，A、B均为铂电极，通电一段时间后，在A电极上有红色固体析出，则B电极上发生的电极反应式为       ；此时向所得溶液中加入8gCuO固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度，则电解过程中收集到的气体在标准状况下体积为         L。

（3）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO₃中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

图1                     图2
0～t₁时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是     ，溶液中的H^＋向      极移动（填“正”或“负”），t₁时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是            。