化学能与电能_章节学习

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题型：单选题

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单选题

镁电池毒性低、污染小，电压高而平稳，它逐渐成为人们研制绿色电池的关注焦点．其中一种镁电池的反应原理为：xMg+Mo3S4MgxMo3S4，下列说法不正确的是（　　）

A放电时，正极反应式：Mo3S4+2xe-=Mo3S42x-

B放电时，Mo3S4发生氧化反应

C充电时，Mg2+向阴极迁移

D充电时，阴极反应式：xMg2++2xe-=xMg

正确答案

B

解析

解：A．放电时，Mo3S4被还原，为原电池正极反应，电极反应式为Mo3S4+2xe-=Mo3S42x-，故A正确；

B．放电时，Mo3S4发生还原反应，Mg被氧化，故B错误；

C．充电时，Mg2+向阴极移动，在阴极被还原为Mg，故C正确；

D．充电是电能转化为化学能的过程，阴极反应和原电池负极相反，发生还原反应，电极方程式为xMg2++2xe-=xMg，故D正确．

故选B．

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题型：简答题

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简答题

碳和硅属于同主族元素，在生活生产中有着广泛的用途．

（1）甲烷可用作燃料电池，将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，构成甲烷燃料电池，通入CH4的一极，其电极反应式是______；

CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染，有望解决汽车尾气污染问题，反应如下：

CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ•mol-1

CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ•mol-1

则NO2被甲烷还原为N2的热化学方程式为______．

（2）已知H2CO3⇌HCO3-+H+ Ka1（H2CO3）=4.45×10-7

HCO3-⇌CO32-+H+ Ka2（HCO3-）=5.61×10-11

HA⇌H++A- Ka（HA）=2.95×10-8

请依据以上电离平衡常数，写出少量CO2通入到NaA溶液中的离子方程式______．

（3）在T温度时，将1.0mol CO2和3.0mol H2充入2L密闭恒容器中，可发生反应的方程式为CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+2H2O（g）．充分反应达到平衡后，若容器内的压强与起始压强之比为a：1，则CO2转化率为______，当a=0.875时，该条件下此反应的平衡常数为______（用分数表示）．

（4）氮化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料，它可由石英（SiO2）与焦炭在高温的氮气流中反应生成，已知该反应的平衡常数表达式K=[c（CO）]6/[c（N2）]2，若已知CO生成速率为v（CO）=6mol•L-1•min-1，则N2消耗速率为v（N2）=______；该反应的化学方程式为______．

正确答案

解：（1）在甲烷燃料电池的负极上，燃料甲烷发生失电子的氧化反应，即CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，已知

①CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ•mol-1

②CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ•mol-1

则反应：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）可以是（①+②），所以该反应的△H=（-574kJ•mol-1-1160kJ•mol-1）=-867kJ•mol-1，故答案为：

CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ•mol-1．

（2）根据电离平衡常数大小，确定碳酸的酸性强于HA，HCO3-的酸性弱于HA，所以发生的反应为：CO2+A-+H2O=HCO3-+HA，故答案为：CO2+A-+H2O=HCO3-+HA；

（3）CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+2H2O（g）设二氧化碳的变化量是x，则

初始量：1 3 0 0

变化量：x 3x x 2x

平衡量：1-x 3-3x x 2x

=，解得x=4-4a，则CO2转化率为400（1-a）%或4（1-a）×100%或（4-4a）×100%，当a=0.875时，x=0.5，该条件下此反应的平衡常数=

=，故答案为：400（1-a）%或4（1-a）×100%或（4-4a）×100%； L/mol；

（4）石英（SiO2）与焦炭在高温的氮气流中反应，该反应的平衡常数表达式K=[c（CO）]6/[c（N2）]2，所以知道会生成氮化硅和一氧化碳，方程式为：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO，化学方程式的系数之比等于化学反应速率之比，则N2消耗速率为v（N2）=v（CO）=2mol•L-1•min-1，

故答案为：2mol•L-1•min-1；3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO．

解析

解：（1）在甲烷燃料电池的负极上，燃料甲烷发生失电子的氧化反应，即CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，已知

①CH4（g）+4NO2（g）=4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-574kJ•mol-1

②CH4（g）+4NO（g）=2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-1160kJ•mol-1

则反应：CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）可以是（①+②），所以该反应的△H=（-574kJ•mol-1-1160kJ•mol-1）=-867kJ•mol-1，故答案为：

CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）△H=-867kJ•mol-1．

（2）根据电离平衡常数大小，确定碳酸的酸性强于HA，HCO3-的酸性弱于HA，所以发生的反应为：CO2+A-+H2O=HCO3-+HA，故答案为：CO2+A-+H2O=HCO3-+HA；

（3）CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+2H2O（g）设二氧化碳的变化量是x，则

初始量：1 3 0 0

变化量：x 3x x 2x

平衡量：1-x 3-3x x 2x

=，解得x=4-4a，则CO2转化率为400（1-a）%或4（1-a）×100%或（4-4a）×100%，当a=0.875时，x=0.5，该条件下此反应的平衡常数=

=，故答案为：400（1-a）%或4（1-a）×100%或（4-4a）×100%； L/mol；

（4）石英（SiO2）与焦炭在高温的氮气流中反应，该反应的平衡常数表达式K=[c（CO）]6/[c（N2）]2，所以知道会生成氮化硅和一氧化碳，方程式为：3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO，化学方程式的系数之比等于化学反应速率之比，则N2消耗速率为v（N2）=v（CO）=2mol•L-1•min-1，

故答案为：2mol•L-1•min-1；3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO．

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题型：单选题

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单选题

关于甲醇碱性燃料电池的叙述正确的是（　　）

A加入甲醇的电极是电池的正极

B电池工作时氧气发生氧化反应

C电池负极反应式为O2+4H++4e-═2H2O

D电池工作后电解质溶液碱性减弱

正确答案

D

解析

解：A、甲醇碱性燃料电池中，通入甲醇的电极是负极，故A错误；

B、甲醇碱性燃料电池中，正极上氧化剂氧气得电子发生还原反应，故B错误；

C、甲醇碱性燃料电池中，负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应CH4O+8OH--6e-=CO32-+6H2O，故C错误；

D、电池工作的总反应：3O2+2CH4O+4OH-=2CO32-+6H2O，消耗氢氧根离子，所以电解质溶液碱性减弱，故D正确．

故选D．

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题型：单选题

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单选题

某锂离子电池的总反应为：Li1-xFePO4+LixC6C6+LiFePO4，（LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料），其工作原理如图所示．下列说法不正确的是（　　）

A放电时，电流从a极经负载后流向b极

B充电时，Li+向a极移动

C充电时a极发生的反应为：LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+

D放电时，每转移xmol电子，产生1mol C6

正确答案

B

解析

解：锂离子电池的总反应为：Li1-xFePO4+LixC6C6+LiFePO4，所以LixC6锂原子失电子发生氧化反应，所以b是负极，a是正极，

A、放电时是原电池原理，电子从负极流向正极，b流向a，电流流向与此相反，所以电流从a极经负载后流向b极，故A正确；

B、充电时是电解池原理，Li+向阴极移动，阴极是和电源的负极相连的点极，所以向b极移动，故B错误；

C、充电时是电解池原理，电源的正极和电池的正极相连，此时是电解池的阳极，发生失电子的氧化反应，反应为：LiFePO4-xe-=Li1-xFePO4+xLi+，故C正确；

D、放电时，根据负极上发生失电子的氧化反应：LixC6-xe-=xLi++C6，每转移xmol电子，产生1mol C6，故D正确．

故选B．

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题型：单选题

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单选题

（2011秋•长春期末）获得“863”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝碘电池已研制成功，电解质为AlI3溶液，已知电池总反应为2Al+3I2═2AlI3．下列说法不正确的是（　　）

A该电池负极的电极反应为：Al-3e-═Al3+

B电池工作时，溶液中的铝离子向正极移动

C消耗相同质量金属时，用锂做负极时，产生电子的物质的量比铝多

D该电池可能是一种可充电的二次电池

正确答案

D

解析

解：A．因Al元素的化合价升高，则电池负极的电极反应为Al-3e-═Al3+，故A正确；

B．原电池中阳离子向正极移动，则电池工作时，溶液中的铝离子向正极移动，故B正确；

C．因Al的摩尔质量为27g/mol，由×失去的电子数可知，消耗相同质量金属时，用锂做负极时，产生电子的物质的量比铝多，故C正确；

D．该反应的逆过程不能发生，所以该电池为一次电池，故D错误；

故选D．

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题型：填空题

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填空题

科学家认为，氢气是一种高效而无污染的理想能源，近20年来，对以氢气作为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展．

（1）为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是______．（选填字母）

A．电解水 B．锌和稀硫酸反应 C．光解海水 D．以石油、天然气为原料

（2）因氢气易燃易爆，贮运安全极为重要．已知氢气的燃烧热为285.8kJ•mol-1．写出其完全燃烧的热化学方程式：______．

（3）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右图所示实验：①氢氧燃料电池中，正极的电极反应式为______．

②如图装置中，某一铜电极的质量减轻 3.2g，则 a 极上消耗的O2在标准状况下的体积为______L．

（4）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl-NH4Cl为电解质溶液制取新型燃料电池．则正极附近的pH______．（填“增大”、“减小”或“不变”）

正确答案

C

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1

O2+2H2O+4e-=4OH-

0.56

增大

解析

解：（1）A．电解水需要大量的电能，不符合廉价的要求，故A错误；

B．锌和稀硫酸反应，消耗大量的锌和硫酸，不符合廉价的要求，故B错误；

C．光解海水，可充分利用光能，廉价而又低碳，符合要求，故C正确；

D．石油、天然气不是可持续能源，故D错误；

故选C；

（2）氢气的燃烧热是285.8kJ•mol-1，则2mol氢气完全燃烧放出的热量是571.6 kJ，所以热化学反应方程式为2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-571.6 kJ•mol-1，

故答案为：2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-571.6 kJ•mol-1；

（3）①碱性氢氧燃料电池中，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；

②阳极上铜失电子生成铜离子进入溶液，则溶解的铜的物质的量=，失去电子的物质的量=0.05mol×2=0.1mol，串联电路中，转移电子相等，所以消耗氧气的体积==0.56L，故答案为：0.56；

（4）N2在正极发生还原反应生成NH4+，电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+，正极上消耗氢离子，导致溶液中氢离子浓度降低，则pH增大，故答案为：增大．

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题型：单选题

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单选题

氢氧燃料电池已用于航天飞机．以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下：2H2+4OH--4e-═4H2O，2H2O+O2+4e-═4OH-．据此判断，下列说法错误的是（　　）

AH2在负极发生氧化反应

B供电时总反应为：2H2+O2═2H2O

C燃料电池的能量转化率为100%

D产物为无污染的水，属环境友好电池

正确答案

C

解析

解：A、由电极反应式可知，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，故A正确；

B、电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，供电时的总反应为2H2+O2═2H2O，故B正确；

C、氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，还会伴有热能等能量的释放，能量转化率不会达100%，故C错误．

D、氢氧燃料电池产物是水，对环境物污染，且能量转化率高，故D正确．

故选C．

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题型：单选题

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单选题

用金属铂做电极，以KOH溶液做电解质溶液，从两极分别通入CH3OH（g）和02，对该燃料电池的下列叙述中正确的是（　　）

A负极的电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=C032-+6H2O

B负极的电极反应式为：4OH--4e-=2H2O+O2↑

C标准状况下，通入5.6L02并完全反应后，有0.50mol电子转移

D放电一段时间后，通入02的电极附近溶液的pH降低

正确答案

A

解析

解：A、燃料原电池中，甲醇失电子发生氧化反应，所以通入燃料甲醇的电极为负极，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=C032-十6H2O，故A正确；

B、负极的电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=C032-+6H2O，故B错误；

C、甲醇燃料原电池中，正极反应为：2H2O+O2↑+4e-=4OH-，通入5.6L即0.25mol02并完全反应后，有1.00mol电子转移，故C错误；

D、通入02的电极反应为：2H2O+O2↑+4e-=4OH-，电极附近溶液的pH增大，故D错误．

故选A．

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题型：填空题

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填空题

Ⅰ在催化剂作用下，CO2和H2可以制取甲醇．用工业废气中的CO2可制取甲醇，其反应为：CO2+3H2CH3OH+H2O 常温常压下已知下列反应的能量变化如图示：

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：______．

Ⅱ硼氢化钠（NaBH4）是有机合成中的重要还原剂．最新研究发现，以NaBH4和H2O2为原料，NaOH溶液作电解质溶液，可以设计成全液流电池，其工作原理如图所示，假设电池工作前左右两槽溶液的体积各为1L，回答下列问题：

（1）电极b为______（填“正极”或“负极”），电极a上发生反应的电极反应式为______．

（2）电池工作时，Na+向______极（填“a”或“b”）移动，当左槽产生0.0125mol BO2-离子时，右槽溶液pH=______

（3）用该电池电解一定浓度的CuSO4溶液至无色后继续电解一段时间．断开电路，向溶液中加入0.1mol Cu（OH）2，溶液恢复到电解之前状态，则电解过程中转移电子数目为______．

正确答案

CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H20（l）△H=-50kJ/mol

正极

BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O

b

13

0.4NA

解析

解：Ⅰ、图象分析书写热化学方程式为：①CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（l）△H=-91KJ/mol；依据盖斯定律②-①得到：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-50KJ/mol，

故答案为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（l）+H2O（l）△H=-50KJ/mol；

Ⅱ．（1）根据图示内容，正极H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH-，电极反应式为H2O2+2e-=2OH-，负极发生氧化反应，电极反应式为BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O，故答案为：正；BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O；

（2）原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则Na+从a极区移向b极区，根据电极反应：BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O，当左槽产生0.0125mol BO2-离子时，转移电子是0.1mol，此时根据正极上电极反应H2O2+2e-=2OH-，则生成氢氧根离子的物质的量是0.1mol，则氢氧根离子浓度是0.1mol/L，所以pH=13，

故答案为：b；13；

（3）乙池溶液通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1mol的Cu（OH）2后恰好恢复到电解前的浓度，发生2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4、2H2O2H2↑+O2↑，由Cu（OH）2CuO+H2O，则转移的电子数为（0.1mol×2+0.1mol×2）×NA=0.4NA，故答案为：0.4NA．

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题型：填空题

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填空题

熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

负极反应式：______；

正极反应式：______．

正确答案

2CO+2CO32--4e-═4CO2

2CO2+O2+4e-=2CO32-

解析

解：该熔融盐燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+2CO2+4e-═2 CO32-，负极上燃料CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳，电极反应式为2CO+2CO32--4e-═4CO2，

故答案为：2CO+2CO32--4e-═4CO2；2CO2+O2+4e-=2CO32-．

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