- 化学能与电能
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新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液．某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示．
回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为______、______．
（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是______，电解氯化钠溶液的总反应方程式为______；
（3）若每个电池甲烷通如量为1L（标准状况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为______（法拉第常数F=9.65×l04C•mol-1列式计算），最多能产生的氯气体积为______L（标准状况）．
正确答案
解：（1）在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，正极是：2O2+4H2O+8e-═8OH-，负极是：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O．
故答案为：2O2+4H2O+8e-=8OH-；CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；
（2）b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H+放电，生成H2；电解氯化钠溶液的总反应方程式为：2NaCl+2H2O
（3）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e-～4 mol Cl2，故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl2；电解池通过的电量为
解析
解：（1）在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，正极是：2O2+4H2O+8e-═8OH-，负极是：CH4-8e-+10OH-═CO32-+7H2O．
故答案为：2O2+4H2O+8e-=8OH-；CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；
（2）b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H+放电，生成H2；电解氯化钠溶液的总反应方程式为：2NaCl+2H2O
（3）根据得失电子守恒，可得：1 mol CH4～8 mol e-～4 mol Cl2，故若每个电池甲烷通入量为1 L（标准状况），生成4L Cl2；电解池通过的电量为
正确答案
解析
解：A、放电时，正极：NiOOH+H2O+e-=Ni（OH）2+OH-，故A正确；
B、为了防止MH被氢离子氧化，镍氢电池中电解液为碱性溶液，主要为KOH作电解液，故B正确；
C、充电时，负极作阴极，阴极反应为M+H2O+e-=MH+OH-，故C错误；
D、M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金，储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高，故D正确；
故选C．
（1）设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一．最近有人制造了一种燃料电池，一个极通入空气，另一个极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-，回答如下问题：
这个电池负极发生的反应是：C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O，正极发生的反应是：______；
汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生______（填化学式）堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年，这正是新一代化学家的历史使命．
（2）某温度下0.1mol/L Na2CO3溶液中，
（3）恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下反应：A（g）+B（g）⇌C（g）．
①若开始时放入1mol A 和 1mol B，到达平衡后，生成 a mol C，这时 A 的物质的量为______mol．
②若开始时放入 X mol A、2mol B 和 1mol C，到达平衡后，A和C的物质的量分别是 Y mol 和 3a mol，则 X=______，Y=______．
正确答案
解：（1）该燃料电池中，负极上燃料放电，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-=2O2-燃料反应过程中生成固体颗粒而堵塞电极的气体通道，固体颗粒是C，故答案为：O2+4e-=2O2-，C；
（2）碳酸钠是强碱弱酸盐，碳酸根离子水解而钠离子不水解，导致
酸抑制水电离，含有弱根离子的盐促进水电离，酸中氢氧根离子浓度等于水电离出的氢离子浓度，硫酸铝溶液中氢离子浓度就是水电离出的氢离子浓度，所以硫酸中水电离出的氢离子浓度=10-9 mol/L，pH=5 的Al2（SO4）3溶液中由水电离出的H+ 浓度为10-5 mol/L，所以
故答案为：CO32-+H2O⇌HCO3-+OH-，10-4；
（3）根据A和C之间的关系式知，生成amolC需要amolA，则平衡时A的物质的量为（1-a）mol，
恒温、恒压下到达平衡后，C的物质的量为3amol，根据等效平衡知，向容器中中加入1molC就相当于向容器中加入1molA和1molB，结合①知，开始时，向容器中加入的A、B的物质的量应该都是3mol，所以x=2，
①中平衡时B的物质的量是（1-a）mol，则②平衡时B的物质的量是①中的3倍，所以Y=3-3a，
故答案为：1-a，2，3-3a．
解析
解：（1）该燃料电池中，负极上燃料放电，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-=2O2-燃料反应过程中生成固体颗粒而堵塞电极的气体通道，固体颗粒是C，故答案为：O2+4e-=2O2-，C；
（2）碳酸钠是强碱弱酸盐，碳酸根离子水解而钠离子不水解，导致
酸抑制水电离，含有弱根离子的盐促进水电离，酸中氢氧根离子浓度等于水电离出的氢离子浓度，硫酸铝溶液中氢离子浓度就是水电离出的氢离子浓度，所以硫酸中水电离出的氢离子浓度=10-9 mol/L，pH=5 的Al2（SO4）3溶液中由水电离出的H+ 浓度为10-5 mol/L，所以
故答案为：CO32-+H2O⇌HCO3-+OH-，10-4；
（3）根据A和C之间的关系式知，生成amolC需要amolA，则平衡时A的物质的量为（1-a）mol，
恒温、恒压下到达平衡后，C的物质的量为3amol，根据等效平衡知，向容器中中加入1molC就相当于向容器中加入1molA和1molB，结合①知，开始时，向容器中加入的A、B的物质的量应该都是3mol，所以x=2，
①中平衡时B的物质的量是（1-a）mol，则②平衡时B的物质的量是①中的3倍，所以Y=3-3a，
故答案为：1-a，2，3-3a．
Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在KOH加入适量AgNO3 溶液，生成Ag2O沉淀，保持反应温度为80，边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得到固体样品．反应方程式为
2AgNO3+4KOH+K2S2O8
回答下列问题：
（1）上述制备过程中，检验洗剂是否完全的方法是______．
（2）银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2 转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，写出该电池反应方程式：______．
（3）准确称取上述制备的样品（设仅含Ag2O2和Ag2O） 2.558g，在一定的条件下完全分解为Ag 和O2，得到224.0mLO2（标准状况下）．计算样品中Ag2O2的质量分数（计算结果精确到小数点后两位）．
正确答案
解：（1）检验是否洗涤完全，可取最后一次滤液，检验溶液中是否含有SO42-或OH-，滴入1～2滴Ba（NO3）2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全（或取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全），
故答案为：取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba（NO3）2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全（或取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全）；
（2）电池放电时正极的Ag2O2 转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，反应还应有KOH参加，反应的方程式为Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn（OH）4+2Ag，
故答案为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn（OH）4+2Ag；
（3）n（O2）=
设样品中Ag2O2的物质的量为x，Ag2O 的物质的量为y
248 g/mol×x+232g/mol×y=2.558g
x+
x=9.64×10-3mol
y=7.2×10-4mol
w（Ag2O2）=
答：样品中Ag2O2的质量分数为0.93．
解析
解：（1）检验是否洗涤完全，可取最后一次滤液，检验溶液中是否含有SO42-或OH-，滴入1～2滴Ba（NO3）2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全（或取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全），
故答案为：取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba（NO3）2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全（或取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全）；
（2）电池放电时正极的Ag2O2 转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn（OH）4，反应还应有KOH参加，反应的方程式为Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn（OH）4+2Ag，
故答案为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn（OH）4+2Ag；
（3）n（O2）=
设样品中Ag2O2的物质的量为x，Ag2O 的物质的量为y
248 g/mol×x+232g/mol×y=2.558g
x+
x=9.64×10-3mol
y=7.2×10-4mol
w（Ag2O2）=
答：样品中Ag2O2的质量分数为0.93．
目前，新能源不断被利用到现代的汽车中，高铁电池技术就是科研机构着力研究的一个方向．
（1）高铁酸钾-锌电池（碱性介质）是一种典型的高铁电池，则该种电池负极材料是______．
（2）工业上常采用NaClO氧化法生产高铁酸钾（K2FeO4），K2FeO4在碱性环境中稳定，在中兴和酸性条件下不稳定．反应原理为：
Ⅰ．在碱性条件下，利用NaClO氧化Fe（NO3）3制得Na2FeO4：3NaClO+2Fe（NO3）3+10NaOH=2Na2FeO4↓+3NaCl+6NaNO3+5H2O
Ⅱ．Na2FeO4与KOH反应生成K2FeO4：Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH
主要的生产流程如下：
（2）①写出反应①的离子方程式______
②流程图中“转化”（反应③）是在某低温下进行的，说明此温度下Ksp（K2FeO4）______Ksp（Na2FeO4）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）已知K2FeO4在水溶液中可以发生：4FeO42-+10H2O⇌4Fe（OH）3↓+8OH-+3O2↑，则K2FeO4可以在水处理中的作用是______．
（4）FeO42-在水溶液中的存在形态图如下图所示．
①若向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO4-的分布分数的变化情况是______．
②若向pH=6的这种溶液中滴加KOH溶液，则溶液中含铁元素的微粒中，______转化为______（填化学式）．
正确答案
解：（1）该原电池中，锌易失电子发生氧化反应而作负极，故答案为：Zn；
（2）①氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，离子反应方程式为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，故答案为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；
②相同温度下，溶度积大的物质向溶度积小的物质转化，所以Ksp（K2FeO4）＜Ksp（Na2FeO4），故答案为：＜；
（3）高铁酸钠具有强氧化性，所以能杀菌消毒，氢氧化铁胶体具有吸附性，所以能净水，故答案为：杀菌消毒、净水；
（4）①根据图象知，随着溶液碱性的增强，HFeO4-的分布分数先增大后减小，故答案为：先变大，后变小；
②根据图象知，随着溶液碱性的增强，FeO42-的分布分数逐渐增大，HFeO4-的分布分数逐渐减小，所以HFeO4-转化为FeO42-，故答案为：HFeO4-转化为FeO42-．
解析
解：（1）该原电池中，锌易失电子发生氧化反应而作负极，故答案为：Zn；
（2）①氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，离子反应方程式为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，故答案为：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O；
②相同温度下，溶度积大的物质向溶度积小的物质转化，所以Ksp（K2FeO4）＜Ksp（Na2FeO4），故答案为：＜；
（3）高铁酸钠具有强氧化性，所以能杀菌消毒，氢氧化铁胶体具有吸附性，所以能净水，故答案为：杀菌消毒、净水；
（4）①根据图象知，随着溶液碱性的增强，HFeO4-的分布分数先增大后减小，故答案为：先变大，后变小；
②根据图象知，随着溶液碱性的增强，FeO42-的分布分数逐渐增大，HFeO4-的分布分数逐渐减小，所以HFeO4-转化为FeO42-，故答案为：HFeO4-转化为FeO42-．
北京时间2月25日凌晨，服役了27年的“发现”号航天飞机从美国肯尼迪航天中心发射升空，开始了为期11天的“谢幕之旅”．并于北京时间27日3时14分，成功绝唱对接国际空间站．发现号航天飞机上有各式各样电池电池的发展是化学对人类的一项重大贡献．下列有关电池的叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、太阳能电池的主要材料为硅，故A错误；
B、锌锰干电池工作原理与太阳能电池工作原理不同，前者是将化学能转化为电能，后者是将光能转化为电能，故B错误；
C、氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化，故C错误；
D、锂元素的摩尔质量较小，所以锂单位质量输出电能多，则其比能量（单位质量释放的能量）高，故D正确．
故选D．
锂离子电池的正极材料是锂过渡金属氧化物（例如LiCoO2）混以一定量的导电添加物（例如C）构成的混合导体，负极材料是可插入锂的碳负极．两极的电极反应式：负极：LixC6→C6+xLi++e-，正极：Li0.5CoO2+0.5Li++0.5e-→LiCoO2．充、放电时电池中的变化简单表示为：LiCoO2
正确答案
解析
解：充、放电时电池中的变化简单表示为：LiCoO2
故选A．
钠硫电池属于温绿色二次电流，用液态钠、硫和多硫化钠作电极，以能传导钠离子的固体氧化铝作电解质．电池反应为：2Na+xS
正确答案
解析
解：A、放电时，阳离子移向正极，即Na+从负极移向正极，故A错误；
B、放电时，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为xS+2Na++2e-=Na2Sx，故B正确；
C、充电时，阳极发生失电子的氧化反应，电极反应式为Sx2--2e-=xS，故C错误；
D、放电时，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为xS+2Na++2e-=Na2Sx，每有0.4mol电子转移，有9.2gNa+参加反应，金属钠不会参与反应，故D错误．
故选B．
镍氢电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池．氢镍电池的总反应式是：
正确答案
解析
解：A、电池放电时，负极反应式为：H2-2e-+2OH-=2H2O，所以电池周围溶液的氢氧根离子减少，溶液的PH值减小，故A错误．
B．电池放电时，正极反应为：NiO（OH）+H2O+e-=OH-+Ni（OH）2，镍元素被还原，故B错误；
C．电池放电时，正极反应为：NiO（OH）+H2O+e-=OH-+Ni（OH）2，镍元素被还原，故C正确；
D．电池放电时，负极反应为H2-2e-+2OH-=2H2O，H2是负极，故D正确；
故选CD．
正确答案
解析
解：A、由电子流向可知a为负极，b为正极，氢氧燃料电池中OH-向负极即向a极移动，故A错误；
B、该装置的能量转换有化学能、电能和光能，故B错误；
C、a为负极，发生的电极反应为H2-2e-+2OH-═2H2O，b为正极发生的电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-，故C正确；
D、P一型半导体连接的是电池正极，故D错误．
故选C．
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