高考二轮复习知识点:化学电源新型电池3
试卷更新日期:2023-07-30 类型:二轮复习
一、选择题
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1.
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO42﹣可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室.下列叙述正确的是( )
A、通电后中间隔室的SO42﹣离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B、该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C、负极反应为2H2O﹣4e﹣=O2+4H+ , 负极区溶液pH降低 D、当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成2. 锌﹣空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH﹣+2H2O═2Zn(OH)42﹣ . 下列说法正确的是( )A、充电时,电解质溶液中K+向阳极移动 B、充电时,电解质溶液中c(OH﹣)逐渐减小 C、放电时,负极反应为:Zn+4OH﹣﹣2e﹣═Zn(OH)42﹣ D、放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)3.金属(M)﹣空气电池(如图)具有原料易得,能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源,该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n , 已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能,下列说法不正确的是( )
A、采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面 B、比较Mg,Al,Zn三种金属﹣空气电池,Al﹣空气电池的理论比能量最高 C、M﹣空气电池放电过程的正极反应式:4M++nO2+2nH2O+4ne﹣=4M(OH)n D、在Mg﹣空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2 , 宜采用中性电解质及阳离子交换膜4. 我国科研团队在同一个反应腔体中耦合两个连续的电化学反应,大大提高了电池的能量密度。以S、Zn为电极,溶液为电解液来构建水系级联电池,原理如图所示。已知:第一步反应为 , 当正极的硫完全反应生成后,继续高效发生第二步反应(单独构建该步电池时效率较低)。下列说法错误的是
A、电池工作时,正极质量一直增加 B、步骤1的放电产物可能对步骤2的放电过程起催化作用 C、放电时,第一步反应的正极反应式为 D、用此电池对粗铜电解精炼,理论上相同时间内两池电极上析出铜的物质的量相等5. 在K2Cr2O7存在下,利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理,同时向外界提供电能,其工作原理如图所示。下列说法正确的是A、N极为电池的正极,产生OH- B、工作一段时间后,NaCl溶液浓度增大 C、M极的电极反应为+11H2O-23e-=6CO2↑+23H+ D、处理时,OH-从阴离子交换膜左侧向右侧移动6. 汽车尾气中含有CO和NOx(2≥x≥1),通过设计如图所示电池装置可以利用汽车尾气给汽车蓄电瓶供电,下列说法错误的是A、负极参与反应的物质至少有4种 B、正极发生的电极反应式为O2+4e-=2O2- C、NOx放电时两极消耗气体体积比在4:1~4:3之间 D、该电池可长期采用多孔石墨作为电极而不作更换7. 利用CO2的氧化性制成的新型固态电池有望成为火星探测器的供电设备。该电池正、负极分别为碳纳米管、金属钠,Na3Zr2Si2PO12固体为电解质,电池放电时A、将电能转化为化学能 B、CO2能在正极上得到电子 C、电子通过Na3Zr2Si2PO12移向正极 D、负极上发生还原反应8. 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是A、该燃料电池的总反应为:N2+3H22NH3 B、相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能 C、正极电极反应为:N2+6e-+6H2O=2NH3+6OH- D、电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动9. 一种新型的高性能、低成本的钠型双离子可充电电池,其结构如图所示。采用锡箔(不参与电极反应)作为电池电极及集流体,石墨()为另一极,电解液为作为电解质的溶液。下列有关说法错误的是A、放电时,锡箔与钠的合金为负极 B、充电时,图中所示的正八面体形离子嵌入石墨电极 C、电池总反应: D、当外电路通过nmol电子时,锡钠极板质量应减少23ng10. 某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图),下列说法错误的是A、充电时,Fe2O3对应电极连接充电电源的负极 B、该电池的正极的电极反应式:Fe2O3+6Li++6e−=3Li2O+2Fe C、该电池不能使用氢氧化钠溶液作为电解液 D、该电池工作的原理:放电时,Fe2O3作为电池正极被还原为Fe,电池被磁铁吸引11. 下图为最新研制的一款车载双电极镍氢电池,放电时a、c电极的反应物为吸附了氢气的稀土合金,可表示为MH;充电时b、d电极的反应物为吸附的Ni(OH)2 , 下列叙述正确的是( )A、放电时电子的流动路径为: a→外电路→d→c→铜箔→b B、放电时c极上的反应可表示为: MH-e- + OH-= M+H2O C、充电时a、b接电源的负极,c、d接电源的正极 D、充电时外电路每通过2mol电子,该电池正极共增重4g12. 实现“碳中和”的重要方式之一是将重新转化成能源,在金属氧化物电解池,高温下电解的混合气体制备和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法错误的是( )A、Y是电源的正极 B、阳极的电极反应式是 C、总反应可表示为 D、阴阳两极生成的气体的物质的量之比是1:213. 复旦大学教授吴字平课题组研制的水溶液锂电池成功应用于电动汽车,原理如图所示。其中锂电极用复合膜包裹,复合膜只允许Li+通过;尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)覆盖碳膜上,发生的转化为LiMn2O4Li1-xMn2O4。下列有关说法正确的是( )A、放电时,Li+由电解质溶液穿进复合膜 B、放电时,正极反应为Li1-xMn2O4+xLi++xe-=LiMn2O4 C、充电时,电极a为阳极,发生氧化反应 D、该电池的缺点是存在副反应2Li+2H2O=2LiOH+H2↑14. 浓差电池是由于电池中存在浓度差而产生的。锂离子浓差电池的原理如图所示,该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列说法错误的是( )A、若Y电极材料为铁,也能实现如图转化 B、浓缩海水中锂离子浓度大于左侧LiCl溶液中的锂离子浓度 C、X电极的反应为:2H++2e-=H2↑ D、右侧生成1molCl2时,左侧Li+增加2mol15. 太阳能发电和阳光分解水是清洁能源研究的主攻方向。染料敏化的TiO2纳米晶薄膜半导体光解水的基本原理如图,下列对该装置的相关说法错误的是( )A、SO由甲电极向乙电极定向移动 B、甲电极反应为 C、电池总反应为 D、实现光能→电能→化学能的转换16. 以锂硫电池(电池的总反应为2Li + xS= Li2Sx )为电源,电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的原理如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是( )A、a为锂硫电池的负极 B、电解池中膜1和膜2都是阳离子交换膜 C、锂硫电池每消耗2.8g锂,理论上M室产生2.24L气体(标准状况) D、电解一段时间后,原料室中溶液的pH会下降二、多选题
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17. 锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液,总反应为xLi+CFx=xLiF+C,放电产物LiF沉积在正极,工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A、正极的电极反应式为CFx+xe-+xLi+=xLiF+C B、交换膜为阴离子交换膜 C、电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替 D、b极电势高于a极电势18. 2016年8月,联合国开发计划署在中国的首个“氢经济示范城市”在江苏如皋落户.用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示.下列说法正确的是( )A、放电时,甲电极为正极,OH﹣移向乙电极 B、放电时,乙电极反应为:NiO(OH)+H2O+e﹣=Ni(OH)2+OH﹣ C、充电时,电池的碳电极与直流电源的正极相连 D、电池总反应为H2+2NiOOH 2Ni(OH)219. 据报道,以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为+3价)和H2O2作原料的燃料电池,负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO2 , 可用作空军通信卫星电源,其工作原理如图所示,下列说法正确的是( )A、电池放电时Na+从a极区移向b极区 B、电极a采用MnO2 , 放电时它被还原 C、该电池负极的电极反应式为:BH4﹣+8OH﹣﹣8e﹣═BO2﹣+6H2O D、放电时,a极区的电极反应生成碱,碱性增强20. 根据如图所示的电化学装置判断下列说法错误的是( )A、b电极为阴极 B、若b极增重5.4g时,燃料电池负极消耗CH4的体积为140mL C、燃料电池中正极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH- D、该装置用于在铜件上镀银时,a极为铜21. 燃料电池是目前电池研究的热点之一、某化学小组先电解水后再制备氢氧燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述错误的是( )A、断开K1连接K2 , 电解水的化学方程式 B、断开K1连接K2 , 通电一段时间,溶液pH增大 C、断开K2连接K1 , 负极反应为 D、断开K2连接K1 , b极是正极,该电极上发生氧化反应22. 甲酸燃料电池是一种高效节能、绿色环保的新能源技术。如图是研究HCOOH燃料电池性能的装置。两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。下列说法正确的是( )A、负极区溶液的pH降低 B、放电过程中需补充的物质X是H2SO4 C、每消耗1molHCOO- , 需要11.2LO2 D、K+和H+由右极区移向左极区23. 一种新型氟离子电池的电解质为 和 , 可嵌入这两种盐的晶体中,该电池工作时放电的示意图如图所示,下列判断正确的是( )A、放电时, 极为该电池的正极 B、充电时, 移向 极 C、充电时,阳极的电极反应式为 D、电池总反应为24. 锌-空气电池的电容量大,可作为汽车的清洁能源。该电池的电解质溶液为KOH溶液,放电总反应式为:2Zn+O2+4OH-+2H2O═2[Zn(OH)4]2-。下列说法正确的是( )A、充电时,电解质溶液中K+向阴极移动 B、充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小 C、放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e-═[Zn(OH)4]2- D、放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)25. 燃料电池是燃料(如甲烷等)跟O2(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液是强碱(如KOH )溶液,下列关于甲烷燃料电池的说法中不正确的是( )
A、负极的电极反应式为:CH4+10OH﹣﹣8e﹣═CO32﹣+7H2O B、通入氧气的一极发生氧化反应,通入甲烷的一极发生还原反应 C、随着反应的进行,电解质溶液的pH增大 D、甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的大三、非选择题
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26. 碳及其化合物应用广泛.
I.工业上利用CO和水在沸石分子筛表面反应制氢气,CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)
(1)、向1L恒容密闭容器中注入CO和H2O(g),830℃时,测得部分数据如下表.t/min
0
1
2
3
4
5
n(CO)/mol
0.200
0.160
0.125
0.099
0.080
0.080
n(H2O)/mol
0.300
0.260
0.225
0.199
0.180
0.180
则该温度下反应的平衡常数K=
(2)、相同条件下,向 1L恒容密闭容器中,同时注入1molCO、1molH2O(g)、2molCO2和2molH2 , 此时v(正) v(逆)(填“>”“=”或“<”);II.已知:CO(g)+ O2(g)=CO2(g)△H1=﹣141kJ•mol﹣1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H2=﹣484kJ•mol﹣1
CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H3=﹣726kJ•mol﹣1
(3)、利用CO、H2化合制得液态甲醇的热化学方程式为(4)、Ⅲ.一种新型氢氧燃料电池工作原理如图所示.写出电极A的电极反应式放电过程中,溶液中的CO32﹣将移向电极(填A或B)
(5)、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)27. 肼(N2H4)是一种高能燃料,在工业生产中用途广泛.(1)、写出肼的电子式 , 1mol N2H4中有个极性共价键.(2)、NH3与NaClO反应可以得到肼,该反应的化学方程式为 .(3)、发射火箭时,肼(N2H4)为燃料,双氧水作氧化剂,两者反应生成氮气和气态水.已知1.6g液态N2H4在上述反应中放出64.22kJ的热量,写出该反应的热化学方程式: .(4)、肼﹣空气燃料电池是一种碱性电池,该电池放电时负极反应式为 .(5)、肼性质与氨气相似,易溶于水,可发生如下电离过程:Ⅰ、N2H4+H2O═N2H5++OH﹣Ⅱ、N2H5++H2O═N2H62++OH﹣
①常温下,某浓度N2H6Cl2溶液的pH为5,则该溶液中由水电离产生的c(OH﹣)= .
②已知在相同条件下过程I的进行程度大于N2H5+的水解程度.常温下,若0.2mol/L N2H4溶液与0.1mol/L HCl溶液等体积混合,则溶液中N2H5+、N2H4•H2O、Cl﹣、OH﹣、H+ 粒子浓度由大到小的顺序为 .
28. 工业上产生的氮氧化物可用天然气来处理.(1)、Ⅰ.已知:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H2
H2O(l)=H2O(g)△H3
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△ H=(用△ H1、△ H2、△ H3)
(2)、Ⅱ.在温度为T1℃和T2℃时,分别将0.50molCH4和1.2molNO2充入体积固定的2L密闭容器中,发生上述可逆反应,测得不同时刻的n(CH4)数据如下表:温度
时间/min
n/mol
0
10
20
40
50
T1℃
n(CH4)
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2℃
n(CH4)
0.50
0.30
0.18
0.15
0.15
①分析上表中数据,下列说法正确的是
A.T1℃ 前10min,V(NO2)=0.03mol/(L•min)
B.T1℃ 反应达化学平衡状态时,CH4的转化率为80%
C.T2℃ 反应在40min时处于平衡状态
D.T1>T2
②反应的平衡常数K(T1) K(T2),△H0,理由是 .
③T1℃时反应的平衡常数K为 .
④反应在T1℃下进行,50min时,向平衡后的容器中再通入0.10molCH4和0.40molNO2 , 在下图中画出恒温,重新达到平衡过程中n(CH4)随时间变化的曲线(只要求画出n(CH4)的变化趋势,不需要准确画出再次平衡后n(CH4) .
(3)、Ⅲ.NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见下图.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 .
29. “低碳循环”已引起各国家的高度重视,而如何降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2正成为化学家研究的主要课题.(1)、将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:
实验组
温度℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
CO
H2O
H2
CO
1
650
4
2
1.6
2.4
6
2
900
2
1
0.4
1.6
3
3
900
a
b
c
d
t
①实验2条件下平衡常数K= .
②实验3中,若平衡时,CO的转化率大于水蒸气,则 的值(填具体值或取值范围).
③实验4,若900℃时,在此容器中加入CO、H2O、CO2、H2均为1mol,则此时V正 V逆(填“<”,“>”,“=”).
(2)、已知在常温常压下:写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式: .①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=﹣1275.6kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=﹣566.0kJ/mol
③H2O(g)=H2O(l)△H=﹣44.0kJ/mol
(3)、已知草酸是一种二元弱酸,草酸氢钠(NaHC2O4)溶液显酸性.常温下,向10mL 0.01mol•L﹣1 H2C2O4溶液中滴加10mL 0.01mol•L﹣1 NaOH溶液时,比较溶液中各种离子浓度的大小关系;(4)、CO2在自然界循环时可与CaCO3反应,CaCO3是一种难溶物质,其Ksp=2.8×10﹣9 . CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀,现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合,若Na2CO3溶液的浓度为2×10﹣4mol/L,则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为 mol/L.(5)、以二甲醚(CH3OCH3)、空气、H2SO4为原料,铂为电极可构成燃料电池,其工作原理与甲烷燃料电池的原理相似.请写出该电池负极上的电极反应式: .30. 煤是一种重要的化工原料,人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中.
(1)、已知:
①C(s)+H2O(g)═CO(g)+H2(g)△H=+131.3kJ•mol﹣1
②CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ•mol﹣1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为 , 该反应在(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下有利于正向自发进行;
(2)、有人利用炭还原法处理氮氧化物,发生反应C(s)+2NO(g)⇌N2(g)+CO2(g).向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,在T1℃时,不同时间测得各物质的浓度如下表所示:时间(min)
浓度(mol/L)
0
10
20
30
40
50
NO
1.00
0.68
0.50
0.50
0.60
0.60
N2
0
0.16
0.25
0.25
0.30
0.30
CO2
0
0.16
0.25
0.25
0.30
0.30
①10~20min内,N2的平均反应速率v(N2)=;
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是(填字母序号)
A.通入一定量的NO
B.加入一定量的活性炭
C.加入合适的催化剂
D.适当缩小容器的体积
(3)、研究表明:反应CO(g)+H2O(g)⇌H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表所示:温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
若反应在500℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.020mol•L﹣1 , 在该条件下达到平衡时,CO的转化率为;
(4)、用CO做燃料电池电解CuSO4溶液、FeCl3和FeCl2混合液的示意图如图1所示,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极.工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同.
①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为;
②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示,则图中③线表示的是(填离子符号)的变化;反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要mL5.0mol•L﹣1 NaOH溶液.
31. 某液氨﹣液氧燃料电池示意图如上,该燃料电池的工作效率为50%,现用作电源电解500mL的饱和NaCl溶液,电解结束后,所得溶液中NaOH的浓度为0.3mol•L﹣1 , 则该过程中需要氨气的质量为g(假设溶液电解后体积不变).