化学解析版考点42+非水燃料电池领军高考化学必刷题精校Word版.docx
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化学解析版考点42+非水燃料电池领军高考化学必刷题精校Word版
考点四十二非水燃料电池
1．锂-空气电池原理模型如图所示，下列说法不正确的是
A．电池正极可以吸附空气中氧气作为氧化剂
B．正极反应为2Li++O2+2e-
Li2O2
C．电解质能传递锂离子和电子，不可以用水溶液
D．负极反应Li-e-=Li+
【答案】C
2．有报道称以硼氢化钠（NaBH4，强还原剂）和H2O2作原料的燃料电池，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如右图所示。
下列说法错误的是（）
A．电极b作正极，发生还原反应
B．该电池的负极反应为：
BH4－＋8OH－－8e－＝BO2－＋6H2O
C．每消耗3molH2O2，转移的电子为3mol
D．不考虑能量损耗，当有1molH2O2参加反应时，即有2molNa+从a极区移向b极区
【答案】C
3．一种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．反应CH4+H2O
3H2+CO，每消耗1molCH4转移8mol电子
B．电池工作时，CO32-向电极A移动
C．电极A上只有H2参与电极反应，反应式为H2+2OH--2e-=2H2O
D．电极B上发生的电极反应为O2+4e-=2O2-
【答案】B
【解析】A．CH4→CO，化合价由-4价→+2价，上升6价，则1molCH4参加反应共转移6mol电子，A错误；B．通氧气的一极为正极，则B为正极，A为负极，原电池中阴离子向负极移动，A为负极，所以CO32-向电极A移动，B正确；C．通氧气的一极为正极，则B为正极，A为负极，负极上CO和H2被氧化生成二氧化碳和水，电极A反应为：
H2+CO+2CO32--4e-=H2O+3CO2，C错误；D．B电极上氧气得电子发生还原反应O2+2CO2+4e-＝2CO32-，D错误。
4．“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，下图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。
有关说法正确的是
A．电极b为电池的负极
B．电池反应为：
C+CO2=2CO
C．电子由电极a沿导线流向b
D．煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低
【答案】C
5．如图所示是一种以液态肼（N2H4）为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。
该固体氧化物电解质的工作温度高达700-900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。
下列说法正确的是
A．电池内的O2-由电极乙移向电极甲
B．电池总反应为N2H4+2O2=2NO+2H2O
C．当甲电极上有lmolN2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应
D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲
【答案】A
【解析】A、在原电池内部，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2-由电极乙移向电极甲，故A正确；B、电池的总反应为N2H4+O2=N2+2H2O，故B错误；C、当甲电极上有lmolN2H4消耗时，转移4mol电子，根据电子转移守恒，则乙电极上有lmolO2参与反应，在标准状况下O2的体积为22.4L，但题目没有指明条件，故C错误；D、在外电路中，电子由负极（甲）移向正极（乙），故D错误。
6．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见如图。
下列说法正确的是（）
A．此电池在常温时也能工作B．正极电极反应式为：
O2+2CO2-4e﹣=2CO32﹣
C．CO32﹣向正极移动D．a为CH4，b为O2
【答案】D
7．以柏林绿Fe[Fe（CN）6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。
下列说法错误的是
A．放电时，正极反应为Fe[Fe（CN）6]＋2Na+＋2e－＝Na2Fe[Fe（CN）6]
B．充电时，Mo（钼）箔接电源的负极
C．充电时，Na+通过交换膜从左室移向右室
D．外电路中通过0.2mol电子的电量时，负极质量变化为2.4g
【答案】B
【解析】A、根据工作原理，Mg作负极，Mo作正极，正极反应式为Fe[Fe（CN）6]+2Na++2e－=Na2Fe[Fe（CN）6]，故A正确；B、充电时，电池的负极接电源的负极，电池的正极接电源的正极，即Mo箔接电源的正极，故B说法错误；C、充电时，属于电解，根据电解原理，Na＋应从左室移向右室，故C说法正确；D、负极上应是2Mg－4e－＋2Cl－=[Mg2Cl2]2＋，通过0.2mol电子时，消耗0.1molMg，质量减少2.4g，故D说法正确。
8．如图是NO2和O2形成的原电池装置。
下列说法不正确的是
A．石墨Ⅱ做正极,O2发生还原反应
B．该电池放电时NO3-从右侧向左侧迁移
C．当消耗1molNO2时，电解质中转移1mole
D．石墨Ⅰ附近发生的反应为NO2+NO3--e-=N2O5
【答案】C
9．新华网报道，我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。
科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收利用并获得能量，原理如图所示。
下列说法正确的是（）
A．电极b为电池负极
B．电极a上的电极反应：
2H2S+2O2--4e-=S2+2H2O
C．电极b上的电极反应：
O2+4e-+4H+=2H2O
D．电路中每流过4mol电子，正极消耗44.8LH2S
【答案】B
10．钠-氯化镍电池以β-Al2O3（Al2O3•xNa2O）作为固体电解质构成的一种新型电池（2Na+NiCl2
Ni+2NaCl）,其结构如图所示。
下列关于该电池的叙述错误的是
A．放电时NaCl在熔融电解质中生成
B．充电时阴极反应:
Na++e-═Na
C．氯离子通过β-Al2O3（s）在两电极间移动
D．如果电池过度放电,AlCl4-可能被还原
【答案】C
【解析】钠离子向正极移动、氯离子向负极移动，所以放电时NaCl在熔融电解质中生成，故A正确；阴极发生还原反应，充电时阴极反应:
Na++e-═Na，故B正确；氯离子通过β-Al2O3（s）向负极移动，故C错误；如果电池过度放电,AlCl4-可能被还原为Al，故D正确。
11．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe（OH）3胶体，Fe（OH）3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，其原理如图所示。
下列说法正确的是
A．石墨电极上发生氧化反应B．通甲烷的电极反应式：
CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O
C．通空气的电极反应式为O2+4e-=2O2-D．甲烷燃料电池中CO32-向空气一极移动
【答案】B
【解析】A、根据甲烷燃烧时化合价的变化情况，可知甲烷中的C元素化合价升高，失去电子，甲烷在负极发生氧化反应，与之相连接的石墨为阴极，发生还原反应，所以A错误；B、以熔融的碳酸盐为电解质，则通甲烷的负极反应为CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，所以B正确；C、由装置图所含信息可知，通空气的正极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-，所以C错误；D、在电池内部，阴离子向负极移动，所以甲烷燃料电池中CO32-向通甲烷的负极移动，故D错误。
12．利用“Na－CO2”电池将CO2变废为宝。
我国科研人员研制出的可充电“Na－CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管（MWCNT）为电极材料，放电反应方程式为4Na＋3CO2＝2Na2CO3＋C。
放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图3所示，下列说法中错误的是（）
A．电流流向为：
MWCNT→导线→钠箔
B．放电时，正极的电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－=2Na2CO3＋C
C．原两电极质量相等，若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2mole－时，两极的质量差为11.2g
D．选用髙氯酸钠-四甘醇二甲醚做电解液的优点是导电性好，与金属钠不反应，难挥发
【答案】C
13．一种Cu-Li可充电电池的工作原理如图所示，其中非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片（LISICON）隔开。
下列说法正确的是（）
A．陶瓷片允许水分子通过
B．电池放电时，N极发生氧化反应
C．电池充电时，阴极反应为Li++e-=Li
D．电池充电时，接线柱B应与外接直流电源的负极相连
【答案】C
14．熔融碳酸盐燃料电池（MolenCathomaleFuelCell）简称MCFC，具有高发电效率。
工作原理示意图如图。
下列说法正确的是
A．电极M为负极，K+、Na+移向M
B．电池工作时，熔融盐中CO32-物质的量增大
C．A为CO2，正极的电极反应为：
O2+4e-+2CO2=2CO32-
D．若用MCFC给铅蓄电池充电，电极N接Pb极
【答案】C
15．锌-铈液流电池体系作为氧化还原液流电池中的新生一代,有着诸多的优势，如开路电位高、污染小等。
锌-铈液流电池放电时的工作原理如图所示,其中，电极为惰性材料,不参与电极反应。
下列有关说法正确的是
A．放电时，电池的总反应式为2Ce4++Zn=Zn2++2Ce3+
B．充电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应
C．充电时,当电路中通过0.1mol电子时,b极增加14g
D．选择性离子膜为阴离子交换膜，能阻止阳离子通过
【答案】A
【解析】A.放电时，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为2Ce4++2e-=2Ce3+，故电池的总反应式为2Ce4++Zn=Zn2++2Ce3+，故A正确；B.充电时，a极为阴极，发生含有反应，b极为阳极，发生氧化反应，故B错误；C.充电时，当电路中通过0.1mol电子时，b极生成了0.1molCe4+，Ce4+不在b极上析出，故C错误；D.充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，加入的H+起平衡电荷的作用，故为质子交换膜，故D错误；故选A。
16．某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5分钟，通话2小时。
一种石墨烯锂硫电池（2Li+S8=Li2S8）工作原理示意图如图。
下列有关该电池说法不正确的是
A．金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料
B．充电时A电极为阴极，发生还原反应
C．充电时B电极的反应:
Li2S8-2e-=2Li++S8
D．手机使用时电子从A电极经过手机电路版流向B电极，再经过电池电解质流回A电极
【答案】D
17．某科研机构以纳米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，电解质只传导锂离子，通过在宝温条件下对锂离于电池进行循环充放电，成功实现了对磁性的可逆调控（见图）。
下列说法正确的是
A．电解质可以用Li2SO4溶液
B．充电时，Fe作为阴极，电池不被磁铁吸引
C．放电时，正极反应为Fe2O3+6Li++6e-==2Fe+3Li2O
D．充电时，阴极反应为:
Li2O+2e-==2Li+O2-
【答案】C
【解析】A.电极锂是活泼金属能与水反应，故电解质不可以用Li2SO4溶液，选项A错误；B.充电时，Fe作为阳极，电池被磁铁吸引，失电子后产生氧化铁不被磁铁吸引而断开，选项B错误；C.放电时，正极Fe2O3得电子产生铁，反应为Fe2O3+6Li++6e-==2Fe+3Li2O，选项C正确；D.充电时，阴极反应为:
３Li2O+２Fe３＋＋６e-==６Li+Fe2O3，选项D错误。
18．以熔融Na2CO3为电解质，H2和CO混合气为燃料的电池原理如图所示。
下列说法正确的是（）
A．b是电池的负极
B．该电池使用过程中需补充Na2CO3
C．a、b两级消耗气体的物质的量之比为2:
1
D．电极a上每消耗22.4L原料气体，电池中转移电子数约为2NA
【答案】C
19．2009年，美国麻省理工学院的唐纳德·撒多维教授领导的小组研制出一种镁一锑液态金属储能电池。
该电池工作温度为700摄氏度，其工作原理如图所示:
该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，充放电时中间层熔融盐的组成及浓度不变。
下列说法正确的是
A．该电池放电时，正极反应式为Mg2+-2e-=Mg
B．该电池放电时，Mg（液）层生成MgCl2，质量变大
C．该电池充电时，Mg-Sb（液）层中Mg发生氧化反应
D．该电池充电时，熔融盐中的Cl-进入Mg-Sb（液）层
【答案】C
【解析】试题分析：
由图中电子的流向可知，Mg为负极。
因为是储能电池，所以该电池可以放电也可以由此充电。
放电时镁被氧化为镁离子，所以充电时，镁离子被还原为镁。
A.该电池放电时，正极反应式为Mg2++2e-=Mg，A不正确；B.该电池放电时，Mg（液）层生成Mg2+进入熔融盐中，质量变小，B不正确；C.该电池充电时，Mg-Sb（液）层中Mg发生氧化反应，C正确；D.该电池充电时，熔融盐中的Cl-不进入Mg-Sb（液）层，而是Mg2+进入熔融盐中，D不正确。
20．锂一铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。
该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-，下列说法不正确的是
A．该电池负极不能用水溶液作为电解质
B．放电时，Li+透过固体电解质向Cu极移动
C．通空气时铜被腐蚀，表面产生Cu2O
D．放电时，正极的电极反应式为：
O2+2H2O+4e-═4OH-
【答案】D
21．已知：
2H2S（g）+O2（g）=S2（s）+2H2O（l）△H=-632kJ•mol-1，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。
下列说法正确的是
A．电极a上发生的电极反应式为：
H2S-2e-=S+2H+
B．电池工作时，电流从电极b经过负载流向电极a
C．电路中每流过1mol电子，电池内部释放158kJ的热能
D．每11.2LH2S参与反应，有1molH+经固体电解质膜进入正极区
【答案】B
22．
（1）地下钢管连接镁块是金属防腐措施中的________________________法。
（2）铅及其化合物可用于蓄电池，耐酸设备及X射线防护材料等。
回答下列问题：
①铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。
铅在元素周期表的位置为_______________________；铅的最高价氧化物对应水化物的酸性比碳酸的_______（填“强”或“弱”）。
②PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为___________________________。
③铅蓄电池放电时的正极反应式为__________________________________________，当电路中有2mol电子转移时，理论上两电极质量变化的差为_______g。
（3）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见下图，石墨Ⅰ为电池的________极；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__________________。
【答案】牺牲阳极的阴极保护法第六周期第IVA族弱PbO2+4HCl（浓）=PbCl2+Cl2↑+2H2OPbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O32负NO2–e-+NO3-=N2O5
23．消除氮氧化物（主要为NO和NO2）污染是“蓝天计划”的重要内容之一。
（1）甲烷还原方法是在催化剂作用下可消除氮氧化物（主要为NO和NO2）污染，NO、O2和CH4的混合物反应体系主要发生如下反应：
2NO（g）+O2（g）
2NO2（g）ΔH＝－113.0kJ•mol-1①
CH4（g）+2O2（g）
CO2（g）+2H2O（g）ΔH＝－802.3kJ•mol-1②
CH4（g）+4NO（g）
2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）ΔH＝－1160kJ•mol-1③
①则反应CH4（g）+2NO2（g）
N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）的ΔH＝______。
②反应CH4（g）+2O2（g）
CO2（g）+2H2O（l）ΔH＝－akJ•mol-1，则a____802.3（填“＞”、“＜”或“＝”）。
③在一定温度下，提高反应③中NO转化率可采取的措施是_____。
（2）利用电化学装置可消除氮氧化物污染，变废为宝。
①图Ⅰ装置实现的能量转化形式是_____。
石墨Ⅱ电极上发生的电极反应方程式为_____。
相同条件下，放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为_____。
②图Ⅱ为电解NO制备NH4NO3的装置。
该装置中阳极的电极反应式为_____。
“反应室”中发生反应的离子方程式为_____。
【答案】-868.15kJ·mol-1>增大CH4浓度或移走生成物化学能转化为电能O2+4e－+2N2O5＝4NO3－4:
1NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+NH3+H+＝NH4+
因此，本题正确答案为：
-868.15kJ·mol-1；>；增大CH4浓度或移走生成物；
（2）图Ⅰ装置为燃料电池，化学能转化为电能，负极上通入NO2，正极上通入O2，根据电解质知，负极电极反应式为NO2-e-+NO3-═N2O5，石墨Ⅱ电极为正极，电极反应式为O2+2N2O5+4e-═4NO3-，放电过程中两电极电子守恒，由两电极反应式可知：
消耗的NO2和O2的体积比为4:
1；
图Ⅱ为电解装置。
阳极发生氧化反应，电极反应式为NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+。
阴极发生还原反应，电极反应式为NO+5e－+6H+＝NH4++H2O，“反应室”中发生反应的离子方程式为NH3+H+＝NH4+。
因此，本题正确答案为：
化学能转化为电能；O2+4e－+2N2O5＝4NO3－；4:
1；NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+；NH3+H+＝NH4+。
24．研究大气中含硫化合物（主要是H2S和SO2）的转化具有重要意义。
（1）H2S资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。
①电极a为电池的_______极，电极b上发生的电极反应为：
______________________。
②每17gH2S参与反应，有_____molH+经质子膜进入_____极区。
（2）低浓度SO2废气的处理是工业难题，目前常用的方法如下：
①Na2SO3溶液吸收SO2的化学方程式是____________________________________。
②如果用含等物质的量溶质的下列各溶液分别吸收SO2，则理论吸收量最多的是（____）
A．Na2SO3B．Na2SC．Ba（NO3）2D．酸性KMnO4
【答案】负O2+4H++4e－=2H2O1正Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3c
【解析】分析：
（1）根据2H2S（g）+O2（g）═S2（s）+2H2O反应，得出负极H2S失电子发生氧化反应，正极O2得电子发生还原反应，据此分析解答；
（2）①依据PH和离子积常数计算溶液中氢氧根离子浓度结合钠离子浓度计算比值；②依据溶液中质子守恒分析书写离子浓度关系。
25．汽车尾气中含有CO、NO等有害气体。
（1）汽车尾气中NO生成过程的能量变化示意图如下：
该条件下，1molN2和1molO2完全反应生成NO，会_______________（填“吸收”或“放出”）________kJ能量。
（2）通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如下图所示：
①NiO电极上发生的是_______________反应（填“氧化”或“还原”）。
②外电路中，电子的流动方向是从_______电极流向______电极（填“NiO”或“Pt”）；Pt电极上的电极反应式为_______________。
（3）一种新型催化剂能使NO和CO发生反应：
2NO＋2CO
2CO2＋N2。
已知增大催化剂的比表面积可提高该反应速率。
为了验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中。
实验
编号
t（℃）
NO初始浓度
（mol/L）
CO初始浓度
（mol/L）
催化剂的比表面积（m2/g）
Ⅰ
280
1.20×10－3
5.80×10－3
82
Ⅱ
280
1.20×10－3
B
124
Ⅲ
350
A
5.80×10－3
82
①请把表中数据补充完整：
A_______________；B_______________。
②能验证温度对化学反应速率影响规律的是实验_______________（填实验序号）。
③实验Ⅰ和实验Ⅱ中，NO的物质的量浓度c（NO）随时间t的变化曲线如下图所示，其中表示实验Ⅱ的是曲线_________（填“甲”或“乙”）。
【答案】吸收183氧化NiOPtO2＋4e－＝2O2－1.20×10－35.80×10－3实验Ⅰ和实验Ⅲ乙
动无影响，则平衡不移动，但Ⅱ的速率大，则Ⅱ先达到化学平衡，其中表示实验Ⅱ的是曲线乙。
26．请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。
（1）工业上可利用CO或CO2来制备清洁液体燃料甲醇。
已知:
800℃时
反应①:
2H2（g）+CO（g）
CH3OH（g）△H=-90.8kJ/mol
反应②:
H2（g）+CO2（g）
H2O（g）+CO（g）△H=+41.2kJ/mol
（1）写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式___________________________________。
（2）对于反应①，在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:
2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示。
据此判断
①压强P1_____P2（填“>”“<”或“=”，下同）
②平衡常数K（状态C）_____K（状态D）
③反应速率:
V逆（状态A）_____V逆（状态B）
（3）对于反应②，在体积一定的密闭容器中加入一定量的H2和CO。
进行反应。
下列说法正确的是______。
A．若该反应在恒容，绝热的容器中进行，当容器中压强保持不变时表明反应达到平衡状态
B．该反应达到平衡时，向平衡体系中充入一定量的氦气，平衡可能发生移动
C．恒温恒容条件下，若改变反应物的投入量，△H的值不发生变化
D．恒温恒容条件下，若投入气体的总量保持不变，设起始投料比[n（H2）/n（CO2）]=X，当X=2或1/2时，H2O的体积分数不变。
（4）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O（g）转化为CH4和O2。
紫外线照射时，在不同催化剂（I、II、III）作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图2所示，在0-15h内，对反应催化效果最好的催化剂是____________（填序号）。
（5）一种新利CO燃料电池工作原理如上
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