高考化学一轮复习 电化学 专题03 燃料电池练习.docx

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高考化学一轮复习电化学专题03燃料电池练习

专题03燃料电池

1．在金属Pt、Cu和铱（Ir）的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮（NO3−）以达到消除污染的目的。

其工作原理的示意图如下：

下列说法不正确的是

A.Ir的表面发生反应：

H2+N2O==N2+H2O

B.导电基体上的负极反应：

H2－2e−==2H+

C.若导电基体上只有单原子铜，也能消除含氮污染物

D.若导电基体上的Pt颗粒增多，不利于降低溶液中的含氮量

【答案】C

2．微生物燃料电池（MPC）处理技术是通过微生物的作用去除污染物，该技术可广泛应用于去除土壤中有机污染物。

一种土壤微生物燃料电池的纵截面如图所示，下列说法不正确的是

A.电流从活性炭电极经工作站流向碳纤维布电极

B.有机污染物在电池负极上氧化为对环境无害的物质

C.活性炭能有效吸附空气，提高电池的工作效率

D.该电池的正极反应式为O2+4e-↓+2H2O==4OH-

【答案】D

【解析】根据图示，活性炭电极通入空气，所以活性炭电极是正极，电流从活性炭电极经工作站流向碳纤维布电极，故A正确；电池负极失电子发生氧化反应，故B正确；活性炭的表面积大，能有效吸附空气，提高电池的工作效率，故C正确；微生物燃料电池含有质子交换膜燃，该电池的正极反应式为

O2+4e-↓+4H+==2H2O，故D错误。

3．某新型电池，以NaBH4（B的化合价为+3价）和H2O2作原料，负极材料采用Pt，正极材料采用MnO2（既作电极材料又对该极的电极反应具有催化作用），该电池可用作卫星、深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。

下列说法不正确的是

A.每消耗3molH2O2，转移6mole﹣

B.电池工作时Na+从b极区移向a极区

C.a极上的电极反应式为：

BH4﹣+8OH﹣﹣8e﹣═BO2﹣+6H2O

D.b极材料是MnO2，该电池总反应方程式：

NaBH4+4H2O2===NaBO2+6H2O

【答案】B

4．新型液氨燃料电池示意图如图，下列有关说法不正确的是

A.该装置将化学能转化为电能

B.氨气在电极1上发生氧化反应

C.电子由电极2经负栽流向电极1

D.电极2的反应式为：

O2+4e-+2H2O＝4OH-

【答案】C

【解析】A.该装置是原电池，将化学能转化为电能，A正确；B.氨气失去电子，在电极1上发生氧化反应，B正确；C.电极1是负极，电极2是正极，电子由电极1经负栽流向电极2，C错误；D.氧气在正极得到电子，则电极2的反应式为：

02+4e-+2H20＝40H-，D正确，答案选C。

5．NO2是大气的主要污染物之一，某研究小组设计如图所示的装置对NO2进行回收利用,装置中a、b均为多孔石墨电极。

下列说法不正确的是

A.a为电池的负极，发生氧化反应

B.一段时间后，b极附近HNO3浓度减小

C.电池总反应为4NO2+O2+2H2O

4HNO3

D.电子流向:

a电极→用电器→b电极→溶液→a电极

【答案】D

6．第三代混合动力车目前一般使用镍氢电池（M表示储氢合金；汽车在刹车或下坡时，电池处于充电状态）。

镍氢电池充放电原理的示意图如下：

其总反应式为

。

根据所给信息判断，下列说法错误的是

A.混合动力汽车上坡或加速时，乙电极的电极反应式为：

NiOOH+H2O+eˉ==Ni（OH）2+OHˉ

B.混合动力汽车上坡或加速时，电解液中OHˉ向甲电极移动

C.混合动力汽车下坡或刹车时，甲电极周围溶液的pH减小

D.混合动力汽车下坡或刹车时，电流的方向为：

甲电极→发动机→乙电极

【答案】C

B、混合动力汽车上坡或加速时，电解液中OHˉ向负极移动，即向甲电极移动，故B正确；C和D相当于电解池。

此时甲是阴极，乙是阳极，电极反应式分别为2H2O+2e-=H2+2OH-、2Ni（OH）2+2OH-－2e-＝2NiOOH+2H2O；C、混合动力汽车下坡或刹车时，甲电极周围溶液的pH增大，故C错误；D、混合动力汽车下坡或刹车时，电流的方向为：

阴极到阳极，即为：

甲电极→发动机→乙电极，故D正确；故选C。

7．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，下图是利用一种微生物将废水中的尿素[CO（NH2）2]转化为对环境无害物质的装置。

下列叙述错误的是（）

A.M电极有CO2和N2生成

B.H＋透过质子交换膜由左向右移动

C.微生物促进了反应中电子的转移

D.N电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

【答案】D

8．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，电池反应的化学方程式为：

CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O．下列有关说法不正确的是（）

A.检测时，电解质溶液中的H+向正极移动

B.若有0.4mol电子转移，则消耗2.24L氧气

C.正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应

D.负极上的反应为：

CH3CH2OH﹣4e﹣+H2O═CH3COOH+4H+

【答案】B

【解析】分析：

本题给出酸性燃料电池的电池反应方程式CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，以此分析。

详解：

A项，正极电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，消耗H+，因此H+向正极移动，故A项正确；

B项，每消耗0.1molO2转移电子0.4mol，0.1molO2在标准状况下的体积为2.24L，故B项错误；

C项，O2在正极得电子，发生还原反应，CH3CH2OH在负极失电子，发生氧化反应，故C项正确；

D项，CH3CH2OH在负极失电子与H2O反应生成CH3COOH与H+，电极反应式为CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+，故D项正确。

本题正确答案选B。

9．如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是（）

A.正极反应式为

B.微生物所在电极区放电时发生还原反应

C.放电过程中，H+从正极区移向负极区

D.若用该电池给铅蓄电池充电，MnO2电极质量减少8.7g，则铅蓄电池负极增重9.6g

【答案】C

10．微型直接甲醇燃料电池能量密度高，可应用于各类便携式电子产品，其工作原理如图所示。

下列说法不正确的是

A.多孔扩散层可起到传导电子的作用

B.负极上直接通入无水甲醇可提高电池的比能量

C.当电路中通过3mole-时，内电路中有3molH+透过质子交换膜

D.电池工作时，H+向阴极催化层迁移

【答案】B

【解析】交换膜为质子交换膜，所以电解质溶液呈酸性，燃料电池中负极上加入燃料、正极上通入氧化剂，所以该燃料电池中，a为负极、b为正极，负极反应式为CH3OH（l）+H2O（l）-6e－=CO2（g）↑+6H＋、正极反应式为O2+4e－+4H＋=2H2O，阳离子向正极移动。

A、多孔扩散层可起到传导电子的作用，H＋阳离子向正极移动，故A正确；B.单位质量的甲醇氧化放出的能量是一定的，负极上直接通入无水甲醇，比能量不变，故B错误；C.负极反应式为CH3OH（l）+H2O（l）-6e－=CO2（g）↑+6H＋，当电路中通过3mole-时，内电路中有3molH+透过质子交换膜，故C正确；D.电池工作时，H+向阴极催化层迁移，进入正极区，故D正确；故选B。

11．乙烯直接氧化法制乙醛的总反应方程式为2CH2=CH2+O2

2CH3CHO。

现有人将该反应设计成如图所示的燃料电池，下列有关说法正确的

A.a为负极，发生还原反应

B.电子移动方向：

电极a→磷酸溶液→电极b

C.放电时，电路中每转移0.4mol电子，溶液中就有0.4molH+向负极迁移

D.该电池负极反应式为CH2=CH2+H2O－2eˉ=CH3CHO+2H+

【答案】D

12．一种新型熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（）

A.催化重整中CH4+H2O=3H2+CO，1molCH4参加反应转移2mol电子

B.电极A上H2参与的电极反应为：

H2+2OH--2e-=2H2O

C.电池工作时，CO32-向电极B移动

D.电极B上的电极反应：

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

【答案】D

【解析】试题分析：

由图可知，该装置为原电池，电池反应为一氧化碳、氢气分别与氧气反应生成二氧化碳和水。

A电极为负极、B电极为正极，A.催化重整中CH4+H2O=3H2+CO，碳元素的化合价从-4升高到+2，升高了6价，所以1molCH4参加反应转移6mol电子，A不正确；B.电极A上H2参与的电极反应为：

H2+CO32--2e-=H2O+CO2，B不正确；C.电池工作时，阴离子向负极定向移动，所以CO32-向电极A移动，C不正确；D.电极B上的电极反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-，D正确。

本题选D。

13．《Nature》期刊曾报道一例CH3OH-O2原电池，其工作示意图如下。

下列说法不正确的是

A.电极A是负极，发生氧化反应

B.电解质溶液中H+由A极流向B极

C.电极B的电极反应为:

O2+2e-+H+=HO2-

D.外电路中通过6mol电子，生成CO2的体积为22.4L

【答案】D

14．据报道，用甲酸提供氢气的燃料电池由瑞士科技工作者开发成功。

燃料电池包括两个部分：

甲（HYFORM）中使用钌（Ru）基催化剂从甲酸中产生氢气；乙（PEMFC）是以NaOH为电解质的氢氧燃料电池。

装置的原理示意图如图。

下列有关说法错误的是（）

A.该燃料电池使用的甲酸比氢气更易储存和运输

B.Y室的电极反应式：

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

C.X室为负极室，Y室为正极室

D.甲中消耗1mol甲酸，乙中转移2mol电子

【答案】B

【解析】甲酸为液态，氢气为气态，且易在空气中燃烧发生爆炸，因此该燃料电池使用的甲酸比氢气更易储存和运输，A正确；Y室为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-，B错误；通过装置图看出，X室为负极室，Y室为正极室，C正确；甲酸分解产生二氧化碳和氢气，HCOOH=CO2↑+H2↑；反应转移电子2mol电子，因此甲中消耗1mol甲酸，乙中转移2mol电子，D正确；正确选项B。

15．液体燃料电池相对于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。

一种以肼（N2H4）为燃料的电池装置如图所示。

该电池用空气中的氧气作为氧化剂，H2SO4作为电解质。

下列关于该燃料电池的叙述正确的是（）

A.电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极

B.该燃料电池正极发生的电极反应式为N2H4-4e-

N2↑+4H+

C.利用该燃料电池工业上可以电解熔融MgCl2制备Mg

D.该燃料电池持续放电时，右侧电池区中因电极反应消耗H+，故c（H+）逐渐减小

【答案】C

16．使用新型电极材料，以N2、H2为电极反应物，以溶有M的稀盐酸为电解质溶液，制成新型燃料电池，装置如图所示。

下列说法正确的是

A.通入H2的一极为正极

B.放电时H+向左移动，生成的物质M是NH4Cl

C.通入的电极反成为:

N2+6H+-6e-=2NH3

D.放电过程右边区域溶液pH逐渐增大

【答案】B

【解析】负极是氢气失电子生成氢离子，则通入H2的一极为负极，A错误；根据负极电极反应为:

，正极电极反应

═

，总反应式为

，则左边

为正极，

向正极即左移动，M为

，B正确；氮气被还原生成

电极反应式为

，C错误；反应过程中右边区域溶液氢气失电子生成氢离子，电极反应式为

，pH逐渐减小，D错误；正确选项B。

17．2016年，《Nature》期刊报道一例CH3OH-O2在聚合物催化下的原电池，其工作示意图如下。

下列说法正确的是

A.电极B的电极反应为：

O2+2e-+H+=HO2-B.电解质溶液中H+由电极B流向A极

C.电极A是负极，发生还原反应D.外电路中通过3mol电子，生成CO211.2L

【答案】A

18．液氨-液氧燃料电池曾用于驱动潜艇,其示意图如图所示,下列有关说法不正确的是

A.电极2是正极,发生还原反应

B.电池工作时,Na+向电极1移动

C.电流由电极2经外电路流向电极1

D.电极1发生的电极反应为:

2NH3+6OH--6e-=N2↑+6H2O

【答案】B

19．2016年，美国研究小组开发出一种以糖为能源，可循环使用的环保电池装置。

其工作原理如图所示。

下列说法错误的是

A.葡萄糖在电池负极发生反应

B.装置所示原理可以在强碱性条件下进行

C.装置正极电极反应式为:

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

D.装置工作时，每消耗180g葡萄糖，将有2mol质子通过交换膜

【答案】B

【解析】A、该电池的总反应可以描述为：

葡萄糖+O2→葡萄糖酸内酯+H2O，因此反应过程中葡萄糖被氧化，在原电池的负极参加反应，A正确。

B、葡萄糖转变成葡萄糖酸内酯的过程需要“附带酶的电极介质”，而酶在强碱条件下会发生变性而失去活性，所以不宜在强酸、强碱等条件下进行，B错误。

C、电池正负极间以质子交换膜分隔开，所以两极反应与质子（H+）有关，因此正极O2反应生成H2O的反应原理为：

O2+4e-+4H+=2H2O，C正确。

D、葡萄糖酸内酯结构是

，负极反应为：

C6H12O6-2e-=C6H10O6+2H+，180g葡萄糖为

，则反应转移电子2mol，D正确。

所以错误答案选B。

20．下图为“甲醇燃料电池”的工作原理示意图，下列有关说法正确的是

A.该燃料电池工作过程中电流方向从a极流向b极

B.该燃料电池工作时电路中通过1mol电子，消耗的O2的体积为5.6L

C.Pt（a）电极的反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+

D.该燃料电池工作时H+由b极室向a极室移动，电解质溶液的PH增大

【答案】C

21．某化学小组拟设计微生物燃料电池将污水中的乙二胺[H2N（CH2）2NH2]氧化成环境友好的物质，工作原理如图所示（a、b均为石墨电极）。

下列分析正确的是）

A.电子流动方向为a→导线→b

B.H+经质子交换膜由右向左移动

C.放电一段时间b极附近pH不变

D.a电极发生反应：

H2N（CH2）2NH2+16e-+4H2O==2CO2↑+N2↑+16H+

【答案】A

22．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。

二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。

下列说法正确的是

A.该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路流到Pt1电极

B.Pt1电极附近发生的反应为：

SO2＋2H2O－2e－＝H2SO4＋2H＋

C.Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－

D.相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1

【答案】D

【解析】放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，极反应为SO2＋2H2O－2e－＝SO2-4＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；酸性条件下，氧气得电子生成水,C错误；相同条件下，放电过程中：

负极发生氧化反应：

2SO2＋4H2O－4e－＝2SO2-4＋8H＋，正极发生还原反应：

O2＋4e－＋4H＋＝2H2O，根据转移电子数相等规律可知：

放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确；正确选项D。

23．二甲醚（CH3OCH3）燃料电池的工作原理如右图，有关叙述正确的是

A.该装置能实现化学能100%转化为电能

B.电子移动方向为：

a极→b极→质子交换膜→a极

C.a电极的电极反应式为：

CH3OCH3+3H2O=2CO2+12e-+12H+

D.当b电极消耗22.4LO2时，质子交換膜有4moIH+通过

【答案】C

14．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。

某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是

A.HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-的反应为:

HS-+4H2O-8e-==SO42-+9H+

B.电子从b流出，经外电路流向a

C.如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化

D.若该电池电路中有0.4mol电子发生转移，则有0.5molH+通过质子交换膜

【答案】A

25．一种既能提供电能又能固氮的新型氢氮燃料电池的工作原理如图所示，其中电解质溶液为溶有化合物A的稀盐酸。

下列有关表述错误的是（）

A.通入N2的电极发生的电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+

B.该装置能将化学能转化为电能，化合物A为NH4Cl

C.电子从通入N2的电极流出，经过用电器流向通入H2的电极

D.反应过程中电解质溶液的pH会变大，故需要通入氯化氢气体

【答案】C

【解析】A.该电池的本质是合成氨反应，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+，选项A正确；B.该电池是N2和H2反应生成NH3，再与氯化氢结合生成氯化铵，所以A是NH4Cl，选项B正确；C.该装置是原电池装置，电子由负极通过外电路流向正极，即由通入氢气的电极沿外电路流向通入氮气的电极，选项C错误；D.反应过程中，H＋不断消耗导致pH值变大，需要通入氯化氢气体，选项D正确。

答案选C。

26．一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中含酚废水中有机物可用C6H5OH表示，左、中、右室间分别以离子交换膜分隔。

下列说法不正确的是

A.右室电极为该电池的正极

B.左室电极反应式可表示为:

C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+

C.右室电极附近溶液的pH减小

D.工作时左侧离子交换膜为阴离子交换膜，右侧离子交换膜为阳离子交换膜

【答案】C

27．一种碱性“二甲醚（CH3OCH3）燃料电池”具有启动快、能量密度高、效率高等优点，其电池总反应为:

CH3OCH3+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O,下列说法不正确的是

A.电池正极可用多孔碳材料制成

B.电池负极发生的反应为:

CH3OCH3-12e-+3H2O==2CO32-+12H+

C.理论上，1mol二甲醚放电量是1mol甲醇放电量的2倍

D.电池工作时，OH-向电池负极迁移

【答案】B

【解析】A、多孔碳是碳单质，是一种具有不同孔结构的碳素材料，可用作氢氧燃料电池的电极材料，选项A正确；B、根据电池总反应式可知电解质溶液呈碱性，负极电极反应为

CH3OCH3-12e-+12OH-=2CO32-+6H2O，选项B不正确；C、每1mol的二甲醚（CH3OCH3）燃烧会转移电子的物质的量为12mol；1mol的甲醇反应会转移电子6mol，故做为燃料电池理论上，1mol二甲醚放电量是1mol甲醇放电量的2倍，选项C正确；D、电池工作时，阴离子向电池的负极迁移，即OH-向电池负极迁移，选项D正确。

答案选B。

28．甲醇是重要的化工原料和燃料。

将CO2与含少量CO的H2混合，在恒容密闭容器中发生反应：

CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g），图1是在两种投料比[c（CO2）/c（H2+CO）]分别为1:

4和1:

6时，CO2平衡转化率随温度变化的曲线，图2是生成的甲醇/过氧化氢燃料电池的工作原理示意图：

下列有关说法正确的是（）

A.图2中电极M上发生还原反应

B.图2中电极N的反应式：

H2O2+2e−+2H+=2H2O

C.图1中b点对应的平衡常数K值大于c点

D.图1中a点对应的H2的转化率等于30%

【答案】B

29．通过加入适量乙酸钠，设计成微生物电池可以将废水中的氯苯转化为苯而除去，其原理如图所示。

下列叙述正确的是

A.b极为正极，发生还原反应

B.一段时间后b极区电解液的pH减小

C.H+由a极穿过质子交换膜到达b极

D.a极的电极反应式为

-e-=Cl-+

【答案】B

30．氢气是一种清洁能源，氢气的制取和储存是氢能源利用领域的研究热点。

（1）H2S热分解制氢的原理:

2H2S（g）=2H2（g）+S2（g）△H=169.8kJ/mol,分解时常向反应器中通入一定比例空气，使部分H2S燃烧，其目的是______；燃烧生成的SO2与H2S进一步反应，硫元素转化为S2,写出反应的化学方程式:

________。

（2）氨硼烷（NH3BH3）是储氢量最高的材料之一，其受热时固体残留率随温度的变化如图甲所示。

氨硼烷还可作燃料电池，其工作原理如图乙所示。

①110℃时残留固体的化学式为_________。

②氨硼烷电池工作时负极的电极反应式为_________。

（3）十氢萘（C10H18）是具有高储氢密度的氢能载体，经历“C10H18-C10H12-C10H8”的脱氢过程释放氢气。

己知:

C10H18（l）

C10H12（l）+3H2（g）△H1

C10H12（l）

C10H8（l）+2H2（g）△H2

温度335℃、高压下，在恒容密闭反应器中进行液态十氢萘（1.00mol）催化脱氢实验，测得C10H12和C10H8的物质的量n1和n2随时间的变化关系如图丙所示。

图丁表示催化剂对反应活化能的影响。

①△H1___△H2（选填“>”、“=”或“<”）。

②8h时，反应体系内氢气的物质的量为_____mol（忽略其他副反应）。

③n1显著低于n2可能的原因是__________。

【答案】为H2S热分解反应提供热量4H2S+2SO2==4H2O+3S2BH2NH2或（BH2NH2）

NH3BH3-6e-+2H2O=NH4++BO2-+6H+>1.951反应2的活化能比反应1的小，催化剂显著降低了反应2的活化能，反应生成的C10H12很快转变成C10H8，故n1显著低于n2

（3）①由图丁可知ΔH1和ΔH2都是吸热反应，且ΔH1的活化能高于ΔH2的活化能，所以ΔH1>ΔH2②①温度335℃，在8h时，十氢萘为1.00mol，测得C10H12和C10H8的产率x1=0.027，x2=0.374，即生成C10H12和C10H8的物质的量分别为0.027mol，0.374mol，设反应的C10H18的物质的量为a，反应C10H12的物质的量为b，根据反应，

C10H18（l）

C10H12（l）＋3H2（g）

113

aa3a

C10H12（l）

C10H8（l）＋2H2（g），

112

bb2b

则a-b=0.027，b=0.374，则a=0.401，因此生成的氢气的物质的量分数为3a+2b=3×0.401+2×0.374=1.951，则氢气的量为1.951mol。

③反应2的活化能比反应1小，相同温度下反应2更快，所以相同时间内，生成的四氢萘大部分都转化为萘，故n1显著低于n2，故答案为：

反应2的活化能比反应1小，