化学电源新型电池知识点题库

美国加州Miramal海军航空站安装了一台250kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600℃～700℃，所用燃料为H₂ ，电解质为熔融的K₂CO₃。该电池的总反应为：2H₂+O₂=2H₂O，负极反应为：H₂+CO₃^2-→H₂O+CO₂+2e^-。
则下列推断中，正确的是（）

A . 正极反应为4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-↑ B . 当电池生成1mol水时，转移4mol电子 C . 放电时CO₃^2-向负极移动 D . 放电时电子向负极移动

电子表所用的某种钮扣电池的电极材料为Zn和Ag₂O，电解质溶液为KOH，其电极反应式为：Zn+2OH^﹣﹣2e^﹣═ZnO+H₂O，Ag₂O+H₂O+2e^﹣═2Ag+2OH^﹣电池的负极是（填材料名称），正极发生的是反应（填反应类型），电池总反应式为

NO₂、O₂、熔融盐NaNO₃组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是（）

A . 石墨I极为正极，石墨II极为负极 B . Y的化学式可能为NO C . 石墨I极的电极反应式为NO₂+NO $\text{[math]}$ ﹣e^﹣═N₂O₅ D . 石墨II极上发生氧化反应

微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag₂O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为：Zn+2 OH^﹣﹣2e^﹣=ZnO+H₂O Ag₂O+H₂O+2e^﹣=2Ag+2OH^﹣ ，总反应式为Ag₂O+Zn=ZnO+2Ag，根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是（）

A . 在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大 B . 在使用过程中，电子由Ag₂O经外电路流向Zn极 C . Zn是负极，Ag₂O是正极 D . Zn极发生还原反应，Ag₂O极发生氧化反应

根据题意解答

（1）将锌片和银片用导线相连浸入稀硫酸中组成原电池．若该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，试计算产生氢气的体积（标准状况）．
（2）利用下列反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺ ，设计一个化学电池（给出若干导线和一个小灯泡，电极材料和电解液自选）：负极电极反应；正极材料，正极电极反应．

磷酸铁锂电池具有高效率输出、可快速充电、对环境无污染等优点，其工作原理如图。M电极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种

能传导Li^＋的高分子材料，隔膜只允许Li^＋通过，电池反应式

为Li_xC₆＋Li₁_－_xFePO₄ LiFePO₄＋6C。下列说法正确的是（）

A . 放电时Li^＋从右边移向左边 B . 放电时M是负极，电极反应式为：C₆^x^－－xe^－＝6C C . 充电时N极连接电源的正极，电极反应式为：LiFePO₄－xe^－＝Li₁_－_xFePO₄+xLi⁺ D . 充电时电路中通过0.5mol电子，消耗36gC

根据问题填空：

（1）燃料电池具有广阔的发展前途，请说出其优点（任答一点）．以甲醇燃料电池为例，在KOH为电解质溶液的碱性电池中，负极反应式为：．总反应式为：．
（2）工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：
CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（1）△H₁=﹣116kJ•mol^﹣1
又知：CO（g）+ $\text{[math]}$ O₂（g）=CO₂（g）△H₂=﹣283kJ•mol^﹣1
H₂（g）+ $\text{[math]}$ O₂（g）=H₂O（g）△H₃=﹣242kJ•mol^﹣1
H₂（g）+ $\text{[math]}$ O₂（g）=H₂O（1）△H₄=﹣286kJ•mol^﹣1
则表示甲醇的燃烧热△H=．

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^﹣ $\text{[math]}$ 2CO₃²^﹣+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^﹣=CO₃²^﹣+6H₂O D . 充电时每生成1molCH₃OH转移6mol电子

微生物电池工作原理如图所示。下列有关说法错误的是（）

A . 外电路的电流方向是由a到b B . 正极的电极反应为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O C . 1molC₆H₁₂O₆完全反应生成CO₂ ，转移24mol电子 D . 反应一段时间后，电池内部的氢离子物质的量减少

如图装置为某新型燃料电池的工作示意图，以HCl－NH₄Cl溶液为电解质溶液。下列有关说法中正确的是(　　)

A . 通入H₂的电极为正极 B . 该电池的负极反应式为：N₂＋6e^－＋8H^＋=2NH

C . 图中分离出的A物质为NH₄Cl D . 该电池工作一段时间后，溶液的pH减小

2017年我国研制的氢氧燃料电池有轨电车在唐山市载客运营，是全球首次商业运营。该车动力源于氢气、氧气反应产生的电能。下列反应不会产生电能的是（）

A . $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$

全钒液流电池工作原理如图所示。在电解质溶液中发生的电池总反应为：VO²^＋（蓝色）＋H₂O＋V³^＋（紫色） $\text{[math]}$ VO₂^＋（黄色）＋V²^＋（绿色）＋2H^＋。下列说法正确的是( )

A . 当电池无法放电时，只要更换电解质溶液，不用外接电源进行充电就可正常工作 B . 放电时，负极反应为VO₂⁺+2H^＋＋e^－＝VO²^＋＋H₂O C . 放电时，正极附近溶液由紫色变绿色 D . 放电过程中，正极附近溶液的pH变小

纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag₂O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag₂O=2Ag＋ZnO。关于该电池下列叙述错误的是（）

A . 正极的电极反应为Ag₂O＋2e^－＋H₂O=2Ag＋2OH^－ B . Zn极发生氧化反应，Ag₂O极发生还原反应 C . 使用时电子由Zn极经外电路流向Ag₂O极，Zn是负极 D . 使用时溶液中电流的方向是由Ag₂O极流向Zn极

金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )

A . 金属M作电池正极 B . 电解质是熔融的MO C . 电路中转移2 mol电子，理论上约消耗空气56 L D . 电池总反应为2M＋O₂＋2H₂O=2M(OH)₂

2SO₂(g)+O₂(g)

2SO₃(g)是工业生产硫酸的重要步骤，T℃时该反应过程中的能量变化如图所示：

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（1） 2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)ΔH＝kJ·mol^－¹（ $\text{[math]}$ 含E₁、E₂的计算式表示）
（2） ①下列措施不能使该反应速率加快的是。
A．升高温度 B．降低压强 C．使用催化剂

②若上述反应在恒容的密闭容器中进行，下列叙述中能说明该反应已达平衡状态的是。

A．SO₃的浓度不再变化

B．SO₂与SO₃的物质的量相等

C．容器内气体的压强不再变化

D．单位时间内消耗1molO₂ ，同时消耗2molSO₂
（3）运用电化学原理可生产硫酸，总反应为2SO₂+O₂+2H₂O＝2H₂SO₄ ，装置如图所示。其中质子交换膜将该原电池分隔成氧化反应室和还原反应室，能阻止气体通过而允许H⁺通过。

①该电池的负极是。（填“电极a”或“电极b”）

②H⁺通过质子交换膜时的移动方向是。

A．从左向右 B．从右向左

③通入O₂的电极反应式是。

诺贝尔化学奖特别青睐合成氨相关研究，曾3次颁奖于该领域研究成果。当前，氨的合成与应用仍然受到广大化学家的重点关注。回答下列问题：

I.研究发现，一定温度和压强下，在催化剂表面，反应N₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ 2NH₃(g)的相关能量(E)变化如图所示：

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（1）每生成2molNH₃时 (填放出”或“吸收”) kJ的能量。
（2）在恒容密闭容器中发生上述反应，能说明该反应达到平衡状态的是。
a．容器内混合气体的质量不再变化

b．c(N₂)：c(H₂)：c(NH₃)=1：3：2

c．容器内NH₃的浓度不再变化

d．容器内混合气体的物质的量不再变化
（3）一定温度下，在体积为2L的密团容器中，充入1molN₂和3molH₂模拟工业合成氨的反应。10min时，测得容器中气体的总物质的量是起始时的0.8倍，用NH₃的浓度变化表示的化学反应速率为。
（4） II.某氨-空气燃料电池的工作原理是氨气与氧生成一种常见的无毒气体和水，其装置如图所示：

溶液c最好选择(填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。
（5）正极的电极反应式为。

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( )

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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H₂ ， b极通入O₂ ， H₂SO₄溶液作电解质溶液，则溶液中的H^＋向b极移动 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^-向b极移动

石油加氢精制和天然气净化等过程产生有毒的H₂S，直接排放会污染空气。

（1）一种脱硫工艺为：真空K₂CO₃-克劳斯法。
①K₂CO₃溶液吸收H₂S的反应为K₂CO₃+H₂S=KHS+KHCO₃ ，该反应的平衡常数的对数值为lgK=。(已知：H₂CO₃ lgK₁= -6.4，lgK₂=-10.3； H₂S lgK₁ˊ= -7，lgK₂ˊ= -19)

②已知下列热化学方程式：

2H₂S(g) +3O₂(g)=2SO₂(g)+2H₂O(l) ΔH₁= -1172kJ·mol^-1

2H₂S(g) +O₂(g)=2S (s) +2H₂O(l) △H₂ = -632 kJ·mol^-1

克劳斯法回收硫的反应为SO₂气体和H₂S气体反应生成S(s)，则该反应的热化学方程式为。
（2）工业采用高温分解H₂S制取氢气，2H₂S(g) $\text{[math]}$ 2H₂(g) +S₂(g)，在膜反应器中分离出H₂。在容积为2L的恒容密闭容器中，控制不同温度进行此反应。H₂S的起始物质的量均为1mol，实验过程中测得H₂S的转化率如图所示。曲线a表示H₂S的平衡转化率与温度的关系，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间时H₂S的转化率。

①反应2H₂S(g)⇌2H₂(g) + S₂(g) 的ΔH(填“>”“<”或“=”) 0。

②985℃ 时，反应经过5 s达到平衡状态，此时H₂S的转化率为40%，则用H₂表示的反应速率为v(H₂) =，下列各项不能作为该反应达到平衡状态的标志的是。

A．压强不再变化

B．气体密度不再变化

C．气体的平均相对分子质量不再变化

D．H₂的消耗速率与S₂的消耗速率之比为2：1

E. S₂的在体系中质量分数保持不变

③随着H₂S分解温度的升高，曲线b向曲线a逐渐靠近，其原因是。
（3）科学家设计出质子膜H₂S燃料电池，实现了利用H₂S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H₂S燃料电池的结构示意图如图所示。

①装置中微电池负极的电极反应式：

②当有16gS₂析出时，有mol H⁺经质子膜进入正极区。

CO₂和CH₄都是环境中主要的温室气体，能够使地球温度升高，海平面上升。2020年9月22日，我国在联合国大会上提出了努力争取2060年前实现碳中和，世界科学家正为此做相关努力。

I.我们可以二氧化钛表面覆盖Cu₂Al₂O₄为催化剂，将CO₂和CH₄转化成乙酸，CO₂(g)+CH₄(g) $\text{[math]}$ CH₃COOH(g)。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示。

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（1） 250~300℃时，乙酸的生成速率降低的主要原因是，300~400℃时，乙酸的生成速率升高的主要原因是，在此工业生产中，我们应选择的最佳条件为。
（2）在300℃时判断该反应在固定容积的容器中反应达到平衡的标志为___。

A . 容器内的气体分子总个数不再发生变化 B . 生成CO₂的反应速率与消耗CH₃COOH的反应速率相等 C . 容器内气体平均摩尔质量不再发生变化 D . 容器内气体密度不再变化
（3） II.已知CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O，为了提高甲烷的能量利用率，可以把CH₄设计成燃料电池使用，如图所示，c为一种质子交换膜，它只允许H⁺通过，回答下列问题。

该燃料电池的正极为：(填“a”或“b”)。a电极反应方程式：。b电极反应方程式：。
（4） H⁺在电池内部电解质溶液中向(填“左”或“右”)移动。
（5）在标准状况下，若每分钟通过质子交换膜的H⁺为0.01mol，那么消耗甲烷的体积为L。

依据原电池原理，回答下列问题：

（1）如图是依据氧化还原反应 $\text{[math]}$ 设计的原电池装置。

①电极Y的材料是(填化学名称)。

②X上发生的电极反应式为。
（2）如图是使用固体电解质的燃料电池，装置中以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入 $\text{[math]}$ 和空气，其中固体电解质是掺杂了 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 固体，它在高温下能传导正极生成的 $\text{[math]}$ 离子( $\text{[math]}$ )。

①c电极为(填“正”或“负”)极。

②d上的电极反应式为。

③如果消耗甲烷 $\text{[math]}$ ，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为(用 $\text{[math]}$ 表示)，需消耗标准状况下氧气的体积为 $\text{[math]}$ 。

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