高中化学化学电源新型电池试题

据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH₃OH+3O₂ + 4OH^-   2CO₃^2-+6H₂O，则下列说法错误的是

A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极

B．充电时电解质溶液的pH逐渐增大

C．放电时负极的电极反应为：CH3OH - 6e^- + 8OH^-=CO3^2-+6H2O

D．充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子

据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH₃OH + 3O₂  + 4OH^— =2CO₃^2— + 6H₂O，则下列说法错误的是

A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极

B．充电时电解质溶液的pH逐渐增大

C．放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e^－＋8OH^－ ＝ CO3^2— + 6H2O

D．充电时每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子

液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N₂H₄)为燃料的电池装置如图所示，该电池以空气中的氧气为氧化剂，以KOH溶液为电解质溶液。下列关于该电池的叙述错误的是

A．b极发生还原反应

B．a极的反应式为N2H4 - 4e^－===N2↑＋4H^+

C．放电时，电流从b极经过负载流向a极

D．其中的离子交换膜需选用阴离子交换膜

分Ⅰ.甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景。
（1）工业生产甲醇的常用方法是CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(g) ΔH＝－90.8 kJ·mol^－1。
已知：2H₂(g)＋O₂(g)===2H₂O(l)ΔH＝－571.6 kJ·mol^－1
H₂(g)＋1/2O₂(g)===H₂O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol^－1
①H₂的燃烧热ΔH＝___________kJ·mol^－1。
②CH₃OH(g)＋O₂(g)===CO(g)＋2H₂O(g)的反应热ΔH＝________________。
（2）工业上利用甲醇制备氢气常用方法之一是甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH₃OH(g)===CO(g)＋2H₂(g)，此反应能自发进行的原因是____________________________。
Ⅱ.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________________；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，电解一段时间后，则在A电极上生成________、B电极上生成________。

开发新能源，使用清洁燃料，可以达到减少污染的目的。
（1）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              。（保留两位有效数字）
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
（2）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：
CH₄(g) + 2O₂(g) ＝ CO₂(g) + 2H₂O(l)    ΔH₁＝―890.3 kJ/mol
2CO (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是完全燃烧时的________倍（计算结果保留1位小数）。
（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。右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（O^2-可以在固态电解质中自由移动）。请回答：

① 甲烷燃料电池的负极反应式是           。
② 当线路中有0.1 mol电子通过时，______________（填“a”或“b”）极增重____________g。

如图所示，装置(Ⅰ)是一种可充电电池的示意图，装置(Ⅱ)为电解池的示意图；装置(Ⅰ)的离子交换膜只允许Na^＋通过。已知电池充、放电的化学方程式为2Na₂S₂＋NaBr₃ Na₂S₄＋3NaBr。当闭合开关K时，X极附近溶液先变红色。下列说法中正确的是

A．闭合K时，装置(Ⅰ)中Na^＋从右到左通过离子交换膜

B．闭合K时，A电极的电极反应式为NaBr3＋2Na^＋＋2e^－===3NaBr

C．闭合K时，X电极的电极反应式为2Cl^－－2e^－===Cl2↑

D．闭合K时，当有0.1 mol Na^＋通过离子交换膜，则X电极上析出气体在标准状况下的体积为1.12 L

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                

一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH^－－2e^－=2H2O

C．电池工作时，CO3^2^－向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e^－=2CO3^2^－

能源问题是当前人类社会面临的一项重大课题，H₂、CO、CH₃OH都是重要的能源物质，它们的燃烧热依次为285.8 kJ/mol、282.5 kJ/mol、726.7 kJ/mol。请回答：
（1）已知CO和H₂在一定条件下可以合成甲醇：CO+2H₂=CH₃OH。则H₂与CO反应生成CH₃OH的热化学方程式为：                            。
（2）如图为某种燃料电池的工作原理示意图，a、b均为惰性电极。 ①使用时，空气从              口通入（填“A”或“B”）；

②假设使用的“燃料”是甲醇，a极的电极反应式为：                          
③假设使用的“燃料”是水煤气（成分为CO、H₂）用这种电池电镀铜，待镀金属增重6.4 g，则至少消耗标准状况下水煤气的体积为          。

TESLA电动汽车的电池采用了松下提供的NCA系列（镍钴铝体系）的18650A型钴酸锂（LiCoO₂）锂离子电池。电池正极材料为钴酸锂（LiCoO₂），负极材料是石墨（C₆）。电池反应为：
LiCoO₂＋C₆C₆Li_x＋Li_1－xCoO₂。下列有关说法不正确的是

A．锂离子电池与传统铅蓄电池相比，具有高比能量（比能量指的是单位重量或单位体积的能量）的特点

B．废旧锂离子电池先进行“放电处理”让Li^+进入石墨（C6）中而利于回收

C．放电时，正极锂的化合价未发生改变

D．充电时电池标有（+）的极上发生的反应为：LiCoO2—x e^－=== Li1－x CoO2＋xLi^+

右图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是

A．分子组成为Cm(H2O）n的物质一定是糖类

B．微生物所在电极区放电时发生还原反应

C．放电过程中，H^＋从正极区移向负极区

D．正极反应式为：MnO2＋4H^+＋2e^—＝Mn^2^＋＋2H2O

一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为 CH₃CH₂OH－4e^－+H₂O=CH₃COOH+4H^＋。下列有关说法正确的是

A．检测时，电解质溶液中的H^＋向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则消耗氧气的体积2.24L

C．电池反应的化学方程式为：CH3CHO+O2=CH3COOH+H2O

D．正极上发生的反应是：O+4e^-+2H2O=4OH^－

全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池。其电池总反应为：
V³⁺+ VO²⁺+H₂OVO₂⁺+2H⁺+V²⁺   下列说法正确的是

A．放电时每转移2mol电子时，消耗1mol氧化剂

B．放电时正极反应为：VO^+2+2H^++e^—=VO^2++H2O

C．放电过程中电子由负极经外电路移向正极，再由正极经电解质溶液移向负极

D．充电过程中，H^+由阴极区移向阳极区迁移

(10分)化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。
氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：

（1）对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。

A．a电极是负极，OH^－移向负极

B．b电极的电极反应为：O2＋2H2O＋4e^－===4OH^－

C．电池总反应式为：2H2＋O22H2O

D．电解质溶液的pH保持不变

E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
（2）上图右边装置中盛有AgNO₃溶液，当氢氧燃料电池工作一段时间后，AgNO₃溶液的pH_____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
（3）已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ/mol，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_______________，正极的反应式为______________。
理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为__________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。

Ⅰ（1）CO可用于炼铁，已知Fe₂O₃（s）+ 3C（s）＝2Fe（s）+ 3CO（g） ΔH ₁＝+489.0 kJ·mol^－1，C（s） +CO₂（g）＝2CO（g）  ΔH ₂ ＝+172.5 kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃（s）的热化学方程式为                         。
Ⅱ（1）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气和水，放出热量624kJ（25℃时），N₂H₄完全燃烧反应的热化学方程式是                  。
（2）肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼—空气燃料电池放电时：负极的电极反应式是                  。
（3）下图是一个电化学过程示意图。

①锌片上发生的电极反应是                         。
②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论上消耗标标准状况下的空气                L（假设空气中氧气体积含量为20%）
（4）传统制备肼的方法，是以NaClO氧化NH₃，制得肼的稀溶液。该反应的离子方程式是           。