高中化学化学电源新型电池试题

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：_________________________。

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              ．

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                  。

目前工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇，某研究小组对下列有关甲醇制取的三条化学反应原理进行探究。已知在不同温度下的化学反应。平衡常数（K₁、K₂、K₃）如下所示：

请回答下列问题：
（1）反应②是______________（填“吸热”或“放热”）反应。
（2）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃＝_____________（用K₁、K₂表示）。
（3）要使反应③在一定条件下建立的平衡逆向移动，可采取的措施有_______________（填字母序号）
A．缩小反应容器的容积      B．扩大反应容器的容积
C．升高温度                D．使用合适的催化剂
E．从平衡体系中及时分离出CH₃OH
（4）500℃时，测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度（mol·L^-1）分别为0．8、0．1、0．3、0．15，则此时v正____________v逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（5）甲醇是重要的基础化工原料，又是一种新型的燃料，最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极加入甲醇，电池的电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它们在高温下能传导O^2－离子，该电池的正极反应式为_________________。电池工作时，固体电解质里的O^2－向_____________极移动。
（6）300℃时，在一定的压强下，5molCO与足量的H₂在催化剂的作用下恰好完全反应变化的热量为454kJ。在该温度时，在容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

下列说法正确的是______________________。
A．2c₁>c₃    B．a+b<90．8   C．2p ₂<p₃   D．α₁+α₃<1

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)

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            。

二甲醚(CH₃OCH₃)是一种重要的清洁燃料气，其储运、燃烧安全性、理论燃烧温度等性能指标均优于液化石油气，也可用作燃烧电池，具有很好的发展前景。
（1）已知H₂、CO和CH₃OCH₃的燃烧热(ΔH)分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol，则工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为：____________。
（2）工业上采用电浮远凝聚法处理污水时，保持污水的pH在5.0，通过电解生成Fe(OH)₃胶体，吸附不溶性杂质，同时利用阴极产生的H₂，将悬浮物带到水面，利于除去。实验室以二甲醚燃料电池模拟该方法设计的装置如下图所示：

①乙装置以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极。写出该燃料电池的正极电极反应式__________________；下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是______。
A．MgCO₃     B．Na₂CO₃      C．NaHCO₃         D．(NH₄)₂CO₃
②写出甲装置中阳极产物离子生成Fe(OH)₃沉淀的离子方程式____________________。
③已知常温下K_sp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，电解一段时间后，甲装置中c(Fe³⁺)= ___________。
④已知：H₂S的电离平衡常数：K₁=9.1×10^-8、K₂=1.1×10^-12；H₂CO₃的电离平衡常数：K₁=4.31×10^-7、K₂=5.61×10^-11。测得电极上转移电子为0.24mol时，将乙装置中生成的CO₂通入200mL 0.2mol/L的Na₂S溶液中,下列选项正确的是______
A．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2-+H₂O=CO₃^2-+H₂S
B．发生反应的离子方程式为：CO₂+S^2-+H₂O=HCO₃^-+HS^-
C．c(Na⁺)=2[c(H₂S)+c(HS^-)+c(S^2-)
D．c(Na⁺)+c(H⁺)=2c(CO₃^2-)+2c(S^2-)+c(OH^-)
E．c(Na⁺)>c(HCO₃^-)>c(HS^-)>c(OH^-)

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），△H＜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，△H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) △H=-Q₁ kJ•mol^-1
S(s) +O₂(g) =SO₂(g) △H=-Q₂ kJ•mol^-1
则SO₂(g) +2CO(g) ="S(s)" +2CO₂(g) △H=________________；
（3）对于反应：2NO（g）+O₂═2NO₂（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）．
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2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。

研究氮的氧化物、硫的氧化物、碳的氧化物等大气污染物的处理具有重要意义。
（1）汽车排气管内安装的催化转化器，可使尾气中主要污染物转化为无毒物质。下列说法能说明恒温恒容条件下的反应;2NO（g）+2CO（g）＝N₂（g）+2CO₂（g）△H="-746.5" kJ·mol^-1已达到化学平衡的是                     。
A．单位时间内消耗了2moINO的同时消耗的2moICO
B．CO与CO₂的物质的量浓度相等的状态
C．气体密度保持不变的状态
D．气体平均摩尔质量保持不变的状态
（2）NO₂与SO₂混合可发生反应：NO₂（g）+SO₂（g）SO₃（g）+NO（g）。
将一定量的NO₂与SO₂置于绝热恒容密闭容器中发生上述反应，正反应速率随时间变化的趋势如图所示。由图（纵轴代表正反应速率）可知下列说法正确的是             （填字母）。

A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：a点小于b点
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．△t₁=△t₂时，SO₂的消耗量：a～b段大于b～c段
（3）CO在实际中有以下应用：用Li₂CO₃和Na₂CO₃熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混合气作为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电极反应式。
负极反应式：2CO+2CO₃^2-一4e^-＝4CO₂    正极反应式：                                。
（4）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^-1的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：①甲烷燃料电池的负极反应式是                                          。
②当A中消耗0.15 mol氧气时，B中     极（填”a”或”b”）增重__  __g。

SO₂、NO₂、可吸人颗粒物是雾霾的主要组成。
（1）SO₂可用氢氧化钠来吸收。现有0.4 molSO₂，若用200 mL，3mol·L^—1NaOH溶液将其完全吸收，生成物为       （填化学式）。经测定所得溶液呈酸性，则溶液中离子浓度由大到小的顺序为            。
（2）CO可制做燃料电池，以KOH溶液作电解质，向两极分别充入CO和空气，工作过程中，负极反应方程式为：               。
（3）氮氧化物和碳氧化物在催化剂作用下可发生反应：2CO+2NON₂+2CO₂，在体积为0.5L的密闭容积中，加入0.40mol的CO和0.40 mol的NO，反应中N₂的物质的量浓度的变化情况如图所示，从反应开始到平衡时，CO的平均反应速率υ(CO)=       。

（4）用CO₂合成二甲醚的化学反应是：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)△H>0。
合成二甲醚时，当氢气与二氧化碳的物质的量之比为4︰1，CO₂的转化率随时间的变化关系如图所示。

①A点的逆反应速率υ逆(CO₂)    B点的正反应速率为υ正(CO₂)（填“>”、“<”或“="）。
②氢气的平衡转化率为         。
（5）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料，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。氨在燃烧实验中相关的反应有：
4NH₃(g)+3O₂(g)=2N₂(g)+6H₂O(1)    △H₁    ①
4NH₃(g)+5O₂(g)=4NO(g)+6H₂O(1)    △H₂    ②
4NH₃(g)+6NO(g)=5N₂(g)+6H₂O(1)    △H₃    ③
请写出上述三个反应中△H₁、△H₂、△H₃三者之间关系的表达式，△H₁=       。

铁及其化合物有着广泛用途。
（1）将饱和三氯化铁溶液滴加至沸水中可制取氢氧化铁胶体，写出制取氢氧化铁胶体的化学方程式                                              。
（2）含有Cr₂O₇^2-的废水有毒，对人畜造成极大的危害，可加入一定量的硫酸亚铁和硫酸使Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺，该反应的离子方程式为                            。然后再加入碱调节溶液的pH在6-8 之间，使Fe³⁺和Cr³⁺转化为Fe(OH)₃、Cr(OH)₃沉淀而除去。
（3）铁镍蓄电池又称爱迪生蓄电池，放电时的总反应为Fe+Ni₂O₃+3H₂O=Fe(OH)₂+2Ni(OH)₂，充电时阳极附近的pH             (填：降低、升高或不变)，放电时负极的电极反应式为               。
（4）氧化铁是重要的工业原料，用废铁屑制备氧化铁流程如下：

①铁屑溶于稀硫酸温度控制在50～80⁰C的主要目的是                     。
②写出在空气中煅烧FeCO₃的化学方程式为                                 。
③FeCO₃沉淀表面会吸附S0₄^2-,需要洗涤除去。
洗涤FeCO₃沉淀的方法是                                                 。
判断沉淀是否洗净的方法是                                              。

如图所示是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，下列分析中正确的是

A．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通H2的电极上发生的反应为：H2－2e^－＝2H^＋

B．如果a极通入H2，b极通入O2，H2SO4溶液作电解质溶液，则通 O2的电极上发生的反应为：O2＋4e^－＋2H2O＝4OH^－

C．如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH作电解质溶液，则通CH4的电极上发生的 反应为：CH4－8e^－＋10OH^－＝CO3^2-＋7H2O

D．如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则溶液中的OH^－离子向b极附近移动

“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              。

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)

高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示。

湿法	强碱性介质中，Fe（NO3）3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物

（1）工业上用湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄）的流程如下图所示：

①反应I的化学方程式为             。
②反应II的离子方程式为            。
③进行溶解，沉淀、洗涤这些操作的共同目的是                  。
（2）高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为________________。
（3）湿法、干法制备K₂FeO₄的反应中均利用的是+3价Fe元素的           性质。
（4）高铁电池是正在研制中的可充电干电池，下图为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有            。