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2022届高三化学一轮复习化学反应原理题型必练55燃料电池含解析
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这是一份2022届高三化学一轮复习化学反应原理题型必练55燃料电池含解析，共22页。试卷主要包含了单选题，填空题等内容，欢迎下载使用。
燃料电池
一、单选题（共16题）
1．某实验室设计了如图装置制备。双极膜是阴、阳复合膜，层间的解离成和并分别通过阴、阳膜定向移动。下列说法错误的是
A．为负极
B．石墨电极反应式为
C．双极膜中产生的移向Pt电极
D．每消耗时双极膜中消耗
2．如图是甲烷燃料电池的工作原理模拟示意图，下列说法不正确的是
A．电极B为正极
B．在电极A上发生氧化反应
C．电极A区发生反应：
D．当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜
3．科学家设计利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的，实验装置如图所示。已知在碱性条件下，卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛，一段时间后测得a电极有HCOO-生成，下列说法不正确的是
A．b为负极
B．当电路中转移1mole-时，d电极产生1molCH3CHO
C．e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜
D．a电极的电极反应式为
4．某科研小组用甲烷-空气燃料电池提供的电能电解处理含Cr2O的酸性废水，设计如图所示装置(X、Y、Z为气体)。
已知：除去Cr2O相关反应：①6Fe 2＋＋Cr2O＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O；
②Cr3＋和Fe3＋最终转化为Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀除去。
下列说法正确的是
A．气体X为空气，气体Y为甲烷
B．燃料电池负极反应式为CH4-8e-＋2H2O=CO2↑＋8H＋
C．Z气体的循环利用可使熔融碳酸盐中CO的物质的量基本不变
D．除去1 mol Cr2O理论上消耗16.8 L甲烷(标准状况)
5．变废为宝是化学家为人类社会作出的巨大贡献。据报道，我国科学家在固体氧化物燃料电池技术研发方面取得新突破，利用该技术处理废气并回收能量，得到单质硫，其原理如图所示。
下列说法正确的是
A．电极a为电池正极电极
B．电极a上的电极反应式为
C．放电时电子从a极经负载到b极再到a极
D．电路中每流过电子时，b极消耗
6．生物电化学技术(BES)广泛用于污水处理，污水中的处理原理如图所示。下列说法错误的是
A．b极发生还原反应
B．每消耗1 mol ，电路中最少转移6 mol电子
C．装置工作时，温度越高，脱除速率越大
D．a极发生的反应之一为+2H2O−6e−=+8H＋
7．我国科技工作者利用甲烷消除氮氧化物污染的机理，设计出一种处理硝酸厂尾气的装置。利用该装置处理硝酸厂尾气的同时获得电能，工作原理如图所示。装置中电极均为涂装催化剂的网状电极，两侧电解质为同浓度的盐酸。下列说法错误的是
A．通入NO2的电极为正极，发生还原反应
B．通入CH4的电极反应为CH4+2H2O−8e−=CO2+8H+
C．当装置中转移0.4 mol电子时，有0.4 mol H+通过质子交换膜
D．装置工作一段时间后，两侧电极室中溶液的pH不变
8．一种三室微生物燃料电池污水净化系统的原理如图所示。下列说法错误的是
A．X电极上电势比Y电极上电势高
B．该电池不能在高温下工作
C．正极上发生的电极反应：
D．交换膜a为阴离子交换膜
9．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．负极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+
C．负极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
10．某光电催化反应器如图所示，A电极是，B电极是。通过光解水，可由制得异丙醇。下列说法错误的是
A．B极是电池的负极
B．B极的电极反应为
C．转移18mol电子，一定生成60g异丙醇
D．A极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应
11．熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O2+2CO2+4e-=2CO，下列有关说法中错误的是
A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率
B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代
C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触
D．放电时，阳极(负极)反应式为2H2+2CO-4e-=2CO2+2H2O
12．NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理如图，下列判断不正确的是
A．石墨电极Ⅰ为电池负极
B．工作原理示意图中的Y为N2O5
C．石墨Ⅱ电极发生的电极反应为O2+2N2O5-4e-=4NO
D．每消耗0.1 mol NO2转移电子0.1 mol
13．一种可以贴在皮肤上的酶生物燃料电池如图所示，工作原理是采用铂纳米电极a和含有乳酸氧化酶的碳纳米管电极b，利用汗液中代谢产生的乳酸（C3H6O3）发电。下列说法错误的是（ ）
A．电极a为正极，氧气在a上得电子
B．放电时，汗液中Na+通过交换膜向电极b移动
C．负极反应式：C3H6O3+3H2O﹣12e﹣═3CO2+12H+
D．利用该技术可监测人体乳酸含量，进行疾病诊断
14．已知：。质子膜燃料电池的示意图如下，下列说法正确的是（ ）
A．电池工作时，电流从电极a经过负载流向电极b
B．电极b上发生的电极反应为：
C．当反应生成时，电池内部释放热量
D．当电路中通过电子时，有经质子膜进入负极区
15．如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题。下列说法不正确的是
A．甲池中通甲烷的是负极，电极反应为CH4 —8e— +2H2O=CO2 +8H+
B．标准状况下，有2.24L 氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为4.48L
C．乙装置中X为阳离子交换膜，可以防止气体混合而爆炸
D．丙中溶液变成蓝色，慢慢产生蓝色的絮状沉淀
16．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以C4H10为燃料，该电池工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．a为C4H10，b为CO2
B．在熔融电解质中，CO向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．通入丁烷的一极是负极，电极反应式为C4H10-26e-+13CO=17CO2+5H2O
二、填空题（共8题）
17．(1)利用8NH3+6NO2=7N2+12H2O可以消除氮氧化物的污染，若设计成原电池，使用2mol·L-1的KOH溶液为电解质溶液。该电池正极的电极反应式为_______，放电一段时间后，负极附近溶液pH将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图所示
①写出催化重整的化学方程式_______。
②电池工作时，向_______(填A或B)极移动，电极A上H2参与的电极反应为：_______。
③用电器中每转移2mol电子，理论上电极B处消耗的气体体积(标准状况下)为_______L。
18．(1)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以氢氧化钾溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的负极反应式为__，这种电池在放电使用一段时间后，电解质溶液中的c(OH-)将__(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)如图是银锌原电池装置的示意图，以硫酸铜为电解质溶液。回答下列问题：
锌为____极，该电极上发生____反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为____，银为____极，该电极反应式为____，该原电池的总反应离子方程式为____。
19．Ⅰ．中国科学院长春应用化学研究所在甲醇()燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电池。甲醇燃料电池的工作原理如图所示(电池总反应式为)。
(1)b处通入的物质是_______(填化学式，下同)，c处通入的物质是_______。
(2)该电池正极的电极反应式为_______。
(3)工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成时，电路中转移电子的物质的量为_______mol。
Ⅱ．第三代混合动力车可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮。汽车上坡或加速时，电动机提供动力，降低油耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。混合动力车一般使用镍氢电池，该电池中铁的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为溶液)为电解质溶液。镍氢电池的充放电原理如图所示，其总反应式为。根据题给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH_______(填“增大”“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为_______。
20．(原电池中陌生电极反应式的书写)以固体氧化物为电解质(能传导O2-)的新型N2H4燃料电池，属于环境友好电池(产物对环境无污染)，其结构如图所示：
电极甲上发生的电极反应为___________。
21．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)甲烷燃料电池负极的电极反应式为__。
(2)闭合开关K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__。
22．如图为绿色“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a电极的电极反应式为_____________________。
23．氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：
(1)氨气燃料电池的电解质溶液最好选择________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。
(2)空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是____________________________。
(3)氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的电极总反应是________________，正极的电极反应式是___________________。
24．一定量的CH4在恒压密闭容器中发生反应：CH4(g)C(s) + 2H2(g)。平衡时，体系中各气体体积分数与温度的关系如图所示：
（1）已知甲烷、碳、氢气的燃烧热分别为890.31kJ/mol、395.00kJ/mol、285.80kJ/mol，则该反应的反应热△H=__________。
（2）下列能说明反应一定达到平衡状态的是_______。
a.H2和CH4的体积分数相等 b．混合气体的平均相对分子质量不变
c．混合气体的密度不变 d．气体总压强不再变化
e．碳的质量不再改变
（3）T2℃时，若在平衡体系中充入惰性气体，此时反应速率________（填“变大”、“变小”或“不变”），且v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)。
（4）T4℃时，若在平衡体系中充入等体积的H2和CH4，则平衡_____移动，其理由是_______。
（5）T3℃时，反应达平衡后CH4的转化率为____________。
（6）CH4能催化重整转化为CO和H2，下图是一种熔融碳酸盐燃料电池示意图，电极A上CO参与电极反应方程式为____________________。
参考答案
1．D
【详解】
A．Pt电极一侧NH3生成N2H4，发生了失电子的氧化反应，所以为负极，故A正确；
B．双极膜中的移向正极，得电子发生还原反应，故B正确；
C．阴离子移向负极，故C正确；
D．没有说明气体的存在状况，无法计算物质的量，故D错误；
故选D。
2．D
【分析】
电极A是负极，甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，所以总反应为，负极反应为；电极B是正极，发生还原反应，当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜。
【详解】
A． 电极B发生还原反应为正极，故A正确；
B．A是负极，在电极A上发生氧化反应，故B正确；
C． 甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，电极A区发生反应：，故C正确；
D． 当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜，故D错误；
故选D。
3．B
【分析】
由题干中乙醇氧化为乙醛，可判断出d发生了氧化反应，d为阳极；又根据电中性的原理，可以推断出离子交换膜；根据得失电子守恒可以推断出阴阳极的电极反应式。
【详解】
a电极上CO2转化为HCOO-，发生还原反应,电极反应式为，则a为阴极、b为负极，A正确、B错误；a电极上产生HCOO-，需要补充阳离子保持溶液呈电中性，所以e为阳离子交换膜，K+通过阳离子交换膜进入阴极室，同理f为阴离子交换膜，C正确；d电极的电极反应式为，溶液中发生反应，当电路中转移1mole-时，d电极产生0.5molCH3CHO，D正确。
【点睛】
本题主要考查了电解原理在实际生活、生产中的应用。体现了“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”的核心素养。将题干中的信息“在碱性条件下，卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛，一段时间后测得a电极有HCOO-生成”与图像信息结合起来，利用电解原理确定阴阳极，分析电极反应。
4．C
【分析】
燃料电池通入氧气的一极为正极，甲烷为负极，电解池阳极发生氧化反应，则Fe为阳极，C为阴极，Y为正极，X为负极，据此分析解题。
【详解】
A．气体X为甲烷，气体Y为空气，A错误；
B．正极反应方程式为O2+CO2+4e-=2CO，总反应式为：CH4+2O2= CO2＋2H2O：燃料电池负极反应式为：CH4-8e-＋4 CO=5CO2↑＋2H2O，B错误；
C．Z气体为CO2，循环利用可使熔融碳酸盐中CO的物质的量基本不变，C正确；
D．6Fe 2＋＋Cr2O＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，除去1 mol Cr2O理论上需消耗6molFe 2＋，要转移12mol电子，消耗甲烷(标准状况) =1.5mol×22.4L/mol=33.6L，D错误。
答案选C。
5．B
【分析】
根据原理图得出负极H2S即电极a失电子发生氧化反应，电极反应为：2H2S+2O2--4e-═S2+2H2O，正极O2即电极b得电子发生还原反应，电极反应为：O2+4e-=2O2-。
【详解】
A． 电极a上H2S失电子发生氧化反应，为电池负极，故A错误；
B． 电极a上失电子发生氧化反应，电极反应式为，故B正确；
C． 放电时电子从a极经负载到b极，电子只在外电路中流动，内电路中是电解质离子定向移动，故C错误；
D． 正极O2即电极b得电子发生还原反应，电极反应为：O2+4e-=2O2-，所以电路中每流过4mol电子，正极消耗1molO 2，气体不一定是标准状态，b极不一定消耗，故D错误；
故选B。
6．C
【分析】
根据装置图知，a极为阳极，发生氧化反应，电极反应为+2H2O－6e－+8H＋、+3H2O－8e－+10H＋，b极为阴极，发生还原反应，电极反应为2+12H＋+10e－N2↑+6H2O、2+8H＋+6e－N2↑+4H2O，根据电极反应式可知每消耗1 mol转移电子最少是6 mol。
【详解】
A． b极为阴极，发生还原反应，电极反应为2+12H＋+10e－N2↑+6H2O、2+8H＋+6e－N2↑+4H2O，故A正确；
B． 根据电极反应式可知，每消耗1 mol ，电路中最少转移6 mol电子，故B正确；
C． 该装置是在细菌作用下进行的，所以温度过高，导致细菌死亡，脱除速率会减小，故C错误。
D． a极发生的反应之一为+2H2O−6e−=+8H＋，另一反应为+3H2O－8e－+10H＋，故D正确；
故选C。
7．D
【详解】
A．根据题干信息描述，该装置可以得到电能，故该装置为原电池装置。由图中信息可知，NO2得电子生成N2，则该电极为正极，发生还原反应，A项正确；
B．CH4生成CO2，根据化合价变化可知1 mol CH4失去8 mol电子，再根据电解质显酸性，配平两侧电荷即可得出，该电极反应为CH4+2H2O−8e−=CO2+8H+，B项正确；
C．通入NO2的电极反应为2NO2+8H++8e−=N2+4H2O，两侧电解质溶液始终显电中性，装置中转移电子的物质的量与通过质子交换膜的H+的物质的量相等，C项正确；
D．从两个电极反应看，负极产生多少H+，则正极消耗等量的H+，但是左侧电极反应生成了H2O，使电极室中溶液pH增大，右侧电极反应消耗了H2O，使电极室中溶液pH减小，D项错误；
答案选D。
8．A
【分析】
该原电池中，硝酸根离子得电子发生还原反应，则右边装置中电极是正极，电极反应式为，左边装置电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，据此分析解答。
【详解】
A．左边装置电极是负极，即X电极是负极，所以X电极上电势比Y电极上电势低，故A错误；
B．高温下厌氧菌等容易发生变性，因此该电池不能在高温下工作，故B正确；
C．右边装置中电极是正极，硝酸根离子得到电子，电极反应式为，故C正确；
D．放电时，电解质溶液中阳离子Na+移向正极右室，阴离子Cl-移向负极室左室，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，即交换膜a为阴离子交换膜，故D正确；
故选A。
9．C
【分析】
生物燃料电池的工作原理是N2+3H22NH3，其中N2在正极区得电子发生还原反应，H2在负极区失电子发生氧化反应，原电池工作时阳离子向正极区移动。
【详解】
A． 利用生物燃料电池在室温下合成氨，既不需要高温加热，同时还能将化学能转化为电能，相比现有工业合成氨，该方法条件温和，故A正确；
B． 原电池左侧为负极区，氢气在氢化酶的作用下，发生氧化反应，H2+2MV2+=2H++2MV+，故B正确；
C． N2在正极区得电子发生还原反应，固氮酶为催化剂，生成NH3，故C错误；
D． 燃料电池工作时，负极区生成的H+通过交换膜由负极区向正极区移动，故D正确；
故选C。
10．C
【分析】
装置无外接电源，则为原电池，根据B电极H2O→O2，氧元素化合价升高可知，B为负极，电极反应为：；A为正极，据此分析解题。
【详解】
A．由分析可知，B极是电池的负极，故A正确；
B．由分析可知，B极的电极反应为，故B正确；
C．A极发生两个反应，2H++2e-=H2↑，3CO2+18e-+18H+=CH3CH(OH)CH3+5H2O，生成60g即1mol异丙醇，则CO2转移18mol电子，但是生成氢气也会转移电子，故生成60g异丙醇转移电子数大于18mol，故C错误；
D．本装置是用二氧化碳制取异丙醇，故A极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应，故D正确；
故选C。
11．B
【分析】
该燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧化剂氧气的电极是正极，负极反应式为H2-2e-+CO=CO2+H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e-═2CO，放电时，电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
【详解】
A． 升高温度能加快反应速率，该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；
B． 还原性物质在负极发生氧化反应，该类电池的H2可以用CO、CH4等替代，故B错误；
C． H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免H2、O2的接触，防止爆炸，产生安全事故，故C正确；
D． 放电时，氢气失电子发生氧化反应，阳极(负极)反应式为2H2+2CO-4e-=2CO2+2H2O，故D正确；
故选B。
12．C
【详解】
A．石墨Ⅱ极，通入氧气，所以石墨Ⅱ极为正极，则石墨电极Ⅰ为电池负极，A项正确；
B．石墨电极Ⅰ为电池负极，发生电极反应为：，产物Y为N2O5，B项正确；
C．石墨Ⅱ极为正极，发生的是还原反应而不是氧化反应，发生的电极反应为O2+2N2O5+4e-=4NO，C项错误；
D．由B分析，消耗0.1mol NO2，转移0.1 mol电子，D项正确；
答案选C。
13．B
【分析】
根据原电池结构分析可知，铂纳米电极a为正极，氧气在a上得电子，O2+4e-+4H+=2H2O，含有乳酸氧化酶的碳纳米管电极b为负极，电极反应式为：C3H6O3+3H2O-12e﹣═3CO2+12H+，据此分析解答。
【详解】
A．由上述分析可知，铂纳米电极a为正极，氧气在a上得电子，故A正确；
B．放电时，原电池内部阳离子向正极移动，氢离子通过交换膜向电极a移动，故B错误；
C．含有乳酸氧化酶的碳纳米管电极b为负极，负极反应式：C3H6O3+3H2O-12e﹣═3CO2+12H+，故C正确；
D．根据电流强度，判断乳酸含量，利用该技术可监测人体乳酸含量，进行疾病诊断，故D正确；
答案选B。
14．B
【分析】
根据燃料电池示意图可知，原电池中发生的反应为：2H2S+O2=S2+2H2O。H2S在负极失去电子发生氧化反应，故电极a为负极；O2在正极得到电子发生还原反应，故电极b为正极。质子膜可以允许质子通过。
【详解】
A．电池工作时，电流从正极流向负极，所以电流从电极b经负载流向电极a，故A错误；
B．电极b为正极，氧气在正极得到电子生成水，电极反应式为：O2+4e−+4H+=2H2O，故B正确；
C．根据给出的热化学方程式，当硫化氢和氧气反应生成水和1mol即64gS2时，放出632kJ的热量，当在原电池中发生此反应时，化学能转化为电能和热能，所以放出的热量小于632kJ，故C错误；
D．当电路中通过4mol电子时，有4molH+经质子膜进入正极区，故D错误；
故选B。
15．A
【分析】
由图可知，甲装置为碱性甲烷燃料电池装置，乙装置为电解饱和氯化钠溶液装置，丙装置为电解精炼铜装置，据此解答。
【详解】
A．甲池中通甲烷的是负极，电极反应为CH4 -8e-+10OH-=CO32-+7H2O，A错误；
B．串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，每生成1mol氢气转移电子数为2mol，则转移0.4mol电子，乙装置中铁电极上生成的气体体积为4.48L，B正确；
C．乙装置中X为阳离子交换膜，可使得氢气和氯气分别在两极产生，防止气体混合而爆炸，C正确；
D．丙中粗铜逐渐溶解生成铜离子使得溶液变成蓝色，开始电解时，精铜电极上氢离子放电，有氢氧根离子生成，与铜离子发生反应产生蓝色的氢氧化铜絮状沉淀，D正确。
答案选A。
16．D
【详解】
A．电子由左侧电极流出，左侧为电池负极，所以 a为C4H10，b为空气、CO2，A错误；
B．原电池中阴离子移向负极，在熔融电解质中， CO向负极移动，B错误；
C．电解质为熔融碳酸盐，此电池在常温时不能工作，C错误；
D．通入丁烷的一极是负极，负极失电子发生氧化反应，电极反应式为C4H10-26e－+13CO=17CO2+5H2O，D正确；
故选D。
17．2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH- 减小 CH4+H2OCO+3H2 A H2-2e-+=H2O+CO2 33.6
【详解】
(1)电池的总反应为8NH3+6NO2=7N2+12H2O，使用2mol·L-1的KOH溶液为电解质溶液，则电池正极的电极反应式为2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-；负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，负极消耗OH-，则负极附近溶液pH将减小；
(2)①由图可知，CH4和H2O经催化重整生成CO和H2，化学方程式为CH4+H2OCO+3H2；
②电极A上CO和H2，参与反应生成CO2和H2O，电极A上H2参与的电极反应为H2-2e-+=H2O+CO2，电极A上消耗，则向A极移动；
③电极B的电极反应式为2CO2+O2+4e-=2，用电器中每转移2mol电子，电极B上消耗1mol CO2和0.5mol O2，则标准状况下，消耗的气体体积为。
18．2H2-4e-+4OH-=4H2O 减小 负 氧化 Zn-2e-=Zn2+ 正 Cu2++2e-=Cu Zn+Cu2+=Zn2++Cu
【分析】
氢氧燃料电池：通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，反应生成水，溶液的体积增大；银锌原电池中，Zn易失电子发生氧化反应而作负极，Ag作正极，负极上电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极上电极反应式为Cu2++2e-=Cu，两式相加得总反应。
【详解】
(1)以氢氧化钾溶液为电解质溶液的氢氧燃料，通入氢气的一极为电池的负极，氢气失电子发生氧化反应，生成水，电池的负极反应式为2H2-4e-+4OH-=4H2O，供电时的总反应为2H2+O2═2H2O，反应生成水，溶液的体积增大，电解质溶液中的c(OH-)将减小(填“增大”“减小”或“不变”)。故答案为：2H2-4e-+4OH-=4H2O；减小；
(2)锌易失电子，作负极，该电极上发生氧化反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，银为正极，该电极反应式为Cu2++2e-=Cu，正极电极反应式与负极电极反应式加减消元，消去电子，得该原电池的总反应离子方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu。故答案为：负；氧化；Zn-2e-=Zn2+；正；Cu2++2e-=Cu；Zn+Cu2+=Zn2++Cu。
19． 1.2 增大
【详解】
Ⅰ.(1)在原电池中，阳离子从负极移向正极，根据题图中的迁移方向可知，左侧电极为负极，b处通入的是燃料甲醇；右侧电极是正极，c处通入的是氧气；
(2)正极的获得电子，在酸性环境中生成，电极反应式为；
(3)C元素的化合价从-2价升高到+4价，则电路中转移电子的物质的量为；
Ⅱ．混合动力车上坡或加速时，该镍氢电池处于放电状态，由题图并结合的化合价由可知，乙电极为正极，电极反应式为，故乙电极周围溶液的pH增大。
20．N2H4＋2O2－－4e-=N2↑＋2H2O
【详解】
结合该电池产物对环境无污染可知，产物为N2和H2O，电极甲上肼失去电子，发生氧化反应，电极反应式为N2H4-4e-＋2O2-=N2↑＋2H2O。
21．CH4-8e-+10OH-=+7H2O H2 2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH
【分析】
在燃料电池中，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极；在电解池中，与电源负极相连的电极为阴极，与电源正极相连的是阳极。
【详解】
(1)甲烷燃料电池中，通入CH4的电极为负极，CH4失电子后，与OH-发生反应生成和H2O，负极的电极反应式为CH4-8e-+10OH-=+7H2O。答案为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O；
(2)闭合开关K后，a电极与正极(通O2的电极)相连，则此电极为阳极；b电极为阴极，水得电子生成氢气，所以b电极得到的是H2，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，总反应方程式为2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH。答案为：H2；2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH。
【点睛】
在书写电极反应式时，需注意电解质的性质，碱性电解质中，电极反应式中不能出现H+。
22．CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋
【解析】“二甲醚燃料电池”的反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电。由图可知，氢离子移向b电极，则b电极为正极，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案为：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+。
点睛：本题考查了原电池原理及其应用，电极反应式书写是易错点，可以先写出正极电极反应式，利用总反应式减正极反应式即为负极反应式。本题需要认真读图，认识到二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子是解题的关键。
23．碱性 CO2 4NH3 ＋ 3O2===2N2 ＋ 6H2O 3O2＋12e－＋6H2O===12OH－(或O2 ＋4e－＋2H2O===4OH－)
【解析】
（1）氨气是碱性气体，所以电解液最好选择碱性的；（2）空气中的CO2能和氨水反应，所以滤去的气体是CO2；（3）正极发生氧化反应，氧气在正极反应，注意是碱性环境，所以，正极的电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-。
24．+76.29kJ/mol b、c、e 变小 > 不移动 H2、CH4的浓度不变 25% CO-2e-+CO32-=2CO2
【解析】
(1)碳单质、氢气、甲烷的燃烧热(△H)分别为-393.5kJ/mol、-285.8kJ/mol、-890.3kJ/mol，则它们的热化学反应方程式分别为：①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-395.0kJ/mol；②H2(g)+O2(g)═H2O(l)△H=-285.80kJ/mol；③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol；根据盖斯定律，由①+②×2-③得，C(s)+2H2(g)=CH4(g)，△H=[(-395.0kJ/mol)+(-285.8kJ/mol)×2]-(-890.31kJ/mol)=-76.29kJ/mol，则CH4(g)C(s) +2H2(g) △H=+76.29kJ/mol，故答案为+76.29kJ/mol；
(2)a.H2和CH4的体积分数相等，不表示浓度不变，不能说明达到平衡状态，错误；b．该反应的气体的质量和物质的量均发生变化，混合气体的平均相对分子质量不变，能够说明达到平衡状态，正确；c．该反应中气体的质量变化，而体积不变，混合气体的密度不变，能够说明达到平衡状态，正确；d．在恒压密闭容器中压强始终不变，不能说明达到平衡状态，错误；e．碳的质量不再改变，说明其他物质的质量也不变，能够说明达到平衡状态，正确；故选bce；
(3)T2℃时，若在平衡体系中充入惰性气体，容器的体积增大，相当于减小压强，反应速率变小，平衡正向移动，v正＞v逆，故答案为变小；>；
(4)根据图像，T4℃时，H2和CH4的体积分数相等，若在平衡体系中充入等体积的H2和CH4，H2、CH4的浓度不变，平衡不移动，故答案为不移动； H2、CH4的浓度不变；
(5)根据图像，T3℃时，平衡时，甲烷的体积分数为60%，根据CH4(g)C(s) +2H2(g)，设反应的甲烷的物质的量为x，甲烷的总量为1mol，则 ×100%=60%，解得：x=0.25mol，则平衡后CH4的转化率为 ×100%=25%，故答案为25%；
(6)电解质没有OH-，负极反应为：H2+CO32--2e-=H2O+CO2 ，CO-2e-+CO32-=2CO2，故答案为 CO-2e-+CO32-=2CO2。
点睛：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律的计算应用、化学平衡的计算、电极反应式的书写等。本题的易错点是热化学方程式的书写，要正确理解燃烧热的概念并正确书写燃烧热的热化学方程式，再利用盖斯定律书写。
燃料电池
一、单选题（共16题）
1．某实验室设计了如图装置制备。双极膜是阴、阳复合膜，层间的解离成和并分别通过阴、阳膜定向移动。下列说法错误的是
A．为负极
B．石墨电极反应式为
C．双极膜中产生的移向Pt电极
D．每消耗时双极膜中消耗
2．如图是甲烷燃料电池的工作原理模拟示意图，下列说法不正确的是
A．电极B为正极
B．在电极A上发生氧化反应
C．电极A区发生反应：
D．当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜
3．科学家设计利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的，实验装置如图所示。已知在碱性条件下，卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛，一段时间后测得a电极有HCOO-生成，下列说法不正确的是
A．b为负极
B．当电路中转移1mole-时，d电极产生1molCH3CHO
C．e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜
D．a电极的电极反应式为
4．某科研小组用甲烷-空气燃料电池提供的电能电解处理含Cr2O的酸性废水，设计如图所示装置(X、Y、Z为气体)。
已知：除去Cr2O相关反应：①6Fe 2＋＋Cr2O＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O；
②Cr3＋和Fe3＋最终转化为Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀除去。
下列说法正确的是
A．气体X为空气，气体Y为甲烷
B．燃料电池负极反应式为CH4-8e-＋2H2O=CO2↑＋8H＋
C．Z气体的循环利用可使熔融碳酸盐中CO的物质的量基本不变
D．除去1 mol Cr2O理论上消耗16.8 L甲烷(标准状况)
5．变废为宝是化学家为人类社会作出的巨大贡献。据报道，我国科学家在固体氧化物燃料电池技术研发方面取得新突破，利用该技术处理废气并回收能量，得到单质硫，其原理如图所示。
下列说法正确的是
A．电极a为电池正极电极
B．电极a上的电极反应式为
C．放电时电子从a极经负载到b极再到a极
D．电路中每流过电子时，b极消耗
6．生物电化学技术(BES)广泛用于污水处理，污水中的处理原理如图所示。下列说法错误的是
A．b极发生还原反应
B．每消耗1 mol ，电路中最少转移6 mol电子
C．装置工作时，温度越高，脱除速率越大
D．a极发生的反应之一为+2H2O−6e−=+8H＋
7．我国科技工作者利用甲烷消除氮氧化物污染的机理，设计出一种处理硝酸厂尾气的装置。利用该装置处理硝酸厂尾气的同时获得电能，工作原理如图所示。装置中电极均为涂装催化剂的网状电极，两侧电解质为同浓度的盐酸。下列说法错误的是
A．通入NO2的电极为正极，发生还原反应
B．通入CH4的电极反应为CH4+2H2O−8e−=CO2+8H+
C．当装置中转移0.4 mol电子时，有0.4 mol H+通过质子交换膜
D．装置工作一段时间后，两侧电极室中溶液的pH不变
8．一种三室微生物燃料电池污水净化系统的原理如图所示。下列说法错误的是
A．X电极上电势比Y电极上电势高
B．该电池不能在高温下工作
C．正极上发生的电极反应：
D．交换膜a为阴离子交换膜
9．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．负极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+
C．负极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
10．某光电催化反应器如图所示，A电极是，B电极是。通过光解水，可由制得异丙醇。下列说法错误的是
A．B极是电池的负极
B．B极的电极反应为
C．转移18mol电子，一定生成60g异丙醇
D．A极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应
11．熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O2+2CO2+4e-=2CO，下列有关说法中错误的是
A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率
B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代
C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触
D．放电时，阳极(负极)反应式为2H2+2CO-4e-=2CO2+2H2O
12．NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理如图，下列判断不正确的是
A．石墨电极Ⅰ为电池负极
B．工作原理示意图中的Y为N2O5
C．石墨Ⅱ电极发生的电极反应为O2+2N2O5-4e-=4NO
D．每消耗0.1 mol NO2转移电子0.1 mol
13．一种可以贴在皮肤上的酶生物燃料电池如图所示，工作原理是采用铂纳米电极a和含有乳酸氧化酶的碳纳米管电极b，利用汗液中代谢产生的乳酸（C3H6O3）发电。下列说法错误的是（ ）
A．电极a为正极，氧气在a上得电子
B．放电时，汗液中Na+通过交换膜向电极b移动
C．负极反应式：C3H6O3+3H2O﹣12e﹣═3CO2+12H+
D．利用该技术可监测人体乳酸含量，进行疾病诊断
14．已知：。质子膜燃料电池的示意图如下，下列说法正确的是（ ）
A．电池工作时，电流从电极a经过负载流向电极b
B．电极b上发生的电极反应为：
C．当反应生成时，电池内部释放热量
D．当电路中通过电子时，有经质子膜进入负极区
15．如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理的相关问题。下列说法不正确的是
A．甲池中通甲烷的是负极，电极反应为CH4 —8e— +2H2O=CO2 +8H+
B．标准状况下，有2.24L 氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体体积为4.48L
C．乙装置中X为阳离子交换膜，可以防止气体混合而爆炸
D．丙中溶液变成蓝色，慢慢产生蓝色的絮状沉淀
16．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以C4H10为燃料，该电池工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．a为C4H10，b为CO2
B．在熔融电解质中，CO向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．通入丁烷的一极是负极，电极反应式为C4H10-26e-+13CO=17CO2+5H2O
二、填空题（共8题）
17．(1)利用8NH3+6NO2=7N2+12H2O可以消除氮氧化物的污染，若设计成原电池，使用2mol·L-1的KOH溶液为电解质溶液。该电池正极的电极反应式为_______，放电一段时间后，负极附近溶液pH将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图所示
①写出催化重整的化学方程式_______。
②电池工作时，向_______(填A或B)极移动，电极A上H2参与的电极反应为：_______。
③用电器中每转移2mol电子，理论上电极B处消耗的气体体积(标准状况下)为_______L。
18．(1)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以氢氧化钾溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的负极反应式为__，这种电池在放电使用一段时间后，电解质溶液中的c(OH-)将__(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)如图是银锌原电池装置的示意图，以硫酸铜为电解质溶液。回答下列问题：
锌为____极，该电极上发生____反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为____，银为____极，该电极反应式为____，该原电池的总反应离子方程式为____。
19．Ⅰ．中国科学院长春应用化学研究所在甲醇()燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电池。甲醇燃料电池的工作原理如图所示(电池总反应式为)。
(1)b处通入的物质是_______(填化学式，下同)，c处通入的物质是_______。
(2)该电池正极的电极反应式为_______。
(3)工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成时，电路中转移电子的物质的量为_______mol。
Ⅱ．第三代混合动力车可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮。汽车上坡或加速时，电动机提供动力，降低油耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。混合动力车一般使用镍氢电池，该电池中铁的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为溶液)为电解质溶液。镍氢电池的充放电原理如图所示，其总反应式为。根据题给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH_______(填“增大”“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为_______。
20．(原电池中陌生电极反应式的书写)以固体氧化物为电解质(能传导O2-)的新型N2H4燃料电池，属于环境友好电池(产物对环境无污染)，其结构如图所示：
电极甲上发生的电极反应为___________。
21．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)甲烷燃料电池负极的电极反应式为__。
(2)闭合开关K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__。
22．如图为绿色“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a电极的电极反应式为_____________________。
23．氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：
(1)氨气燃料电池的电解质溶液最好选择________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)溶液。
(2)空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是____________________________。
(3)氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的电极总反应是________________，正极的电极反应式是___________________。
24．一定量的CH4在恒压密闭容器中发生反应：CH4(g)C(s) + 2H2(g)。平衡时，体系中各气体体积分数与温度的关系如图所示：
（1）已知甲烷、碳、氢气的燃烧热分别为890.31kJ/mol、395.00kJ/mol、285.80kJ/mol，则该反应的反应热△H=__________。
（2）下列能说明反应一定达到平衡状态的是_______。
a.H2和CH4的体积分数相等 b．混合气体的平均相对分子质量不变
c．混合气体的密度不变 d．气体总压强不再变化
e．碳的质量不再改变
（3）T2℃时，若在平衡体系中充入惰性气体，此时反应速率________（填“变大”、“变小”或“不变”），且v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)。
（4）T4℃时，若在平衡体系中充入等体积的H2和CH4，则平衡_____移动，其理由是_______。
（5）T3℃时，反应达平衡后CH4的转化率为____________。
（6）CH4能催化重整转化为CO和H2，下图是一种熔融碳酸盐燃料电池示意图，电极A上CO参与电极反应方程式为____________________。
参考答案
1．D
【详解】
A．Pt电极一侧NH3生成N2H4，发生了失电子的氧化反应，所以为负极，故A正确；
B．双极膜中的移向正极，得电子发生还原反应，故B正确；
C．阴离子移向负极，故C正确；
D．没有说明气体的存在状况，无法计算物质的量，故D错误；
故选D。
2．D
【分析】
电极A是负极，甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，所以总反应为，负极反应为；电极B是正极，发生还原反应，当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜。
【详解】
A． 电极B发生还原反应为正极，故A正确；
B．A是负极，在电极A上发生氧化反应，故B正确；
C． 甲烷()燃料电池的反应原理是与反应生成和，但该甲烷燃料电池的电解质溶液为溶液，生成的还要与反应生成，电极A区发生反应：，故C正确；
D． 当有通过外电路时，有通过阴离子交换膜，故D错误；
故选D。
3．B
【分析】
由题干中乙醇氧化为乙醛，可判断出d发生了氧化反应，d为阳极；又根据电中性的原理，可以推断出离子交换膜；根据得失电子守恒可以推断出阴阳极的电极反应式。
【详解】
a电极上CO2转化为HCOO-，发生还原反应,电极反应式为，则a为阴极、b为负极，A正确、B错误；a电极上产生HCOO-，需要补充阳离子保持溶液呈电中性，所以e为阳离子交换膜，K+通过阳离子交换膜进入阴极室，同理f为阴离子交换膜，C正确；d电极的电极反应式为，溶液中发生反应，当电路中转移1mole-时，d电极产生0.5molCH3CHO，D正确。
【点睛】
本题主要考查了电解原理在实际生活、生产中的应用。体现了“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”的核心素养。将题干中的信息“在碱性条件下，卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛，一段时间后测得a电极有HCOO-生成”与图像信息结合起来，利用电解原理确定阴阳极，分析电极反应。
4．C
【分析】
燃料电池通入氧气的一极为正极，甲烷为负极，电解池阳极发生氧化反应，则Fe为阳极，C为阴极，Y为正极，X为负极，据此分析解题。
【详解】
A．气体X为甲烷，气体Y为空气，A错误；
B．正极反应方程式为O2+CO2+4e-=2CO，总反应式为：CH4+2O2= CO2＋2H2O：燃料电池负极反应式为：CH4-8e-＋4 CO=5CO2↑＋2H2O，B错误；
C．Z气体为CO2，循环利用可使熔融碳酸盐中CO的物质的量基本不变，C正确；
D．6Fe 2＋＋Cr2O＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，除去1 mol Cr2O理论上需消耗6molFe 2＋，要转移12mol电子，消耗甲烷(标准状况) =1.5mol×22.4L/mol=33.6L，D错误。
答案选C。
5．B
【分析】
根据原理图得出负极H2S即电极a失电子发生氧化反应，电极反应为：2H2S+2O2--4e-═S2+2H2O，正极O2即电极b得电子发生还原反应，电极反应为：O2+4e-=2O2-。
【详解】
A． 电极a上H2S失电子发生氧化反应，为电池负极，故A错误；
B． 电极a上失电子发生氧化反应，电极反应式为，故B正确；
C． 放电时电子从a极经负载到b极，电子只在外电路中流动，内电路中是电解质离子定向移动，故C错误；
D． 正极O2即电极b得电子发生还原反应，电极反应为：O2+4e-=2O2-，所以电路中每流过4mol电子，正极消耗1molO 2，气体不一定是标准状态，b极不一定消耗，故D错误；
故选B。
6．C
【分析】
根据装置图知，a极为阳极，发生氧化反应，电极反应为+2H2O－6e－+8H＋、+3H2O－8e－+10H＋，b极为阴极，发生还原反应，电极反应为2+12H＋+10e－N2↑+6H2O、2+8H＋+6e－N2↑+4H2O，根据电极反应式可知每消耗1 mol转移电子最少是6 mol。
【详解】
A． b极为阴极，发生还原反应，电极反应为2+12H＋+10e－N2↑+6H2O、2+8H＋+6e－N2↑+4H2O，故A正确；
B． 根据电极反应式可知，每消耗1 mol ，电路中最少转移6 mol电子，故B正确；
C． 该装置是在细菌作用下进行的，所以温度过高，导致细菌死亡，脱除速率会减小，故C错误。
D． a极发生的反应之一为+2H2O−6e−=+8H＋，另一反应为+3H2O－8e－+10H＋，故D正确；
故选C。
7．D
【详解】
A．根据题干信息描述，该装置可以得到电能，故该装置为原电池装置。由图中信息可知，NO2得电子生成N2，则该电极为正极，发生还原反应，A项正确；
B．CH4生成CO2，根据化合价变化可知1 mol CH4失去8 mol电子，再根据电解质显酸性，配平两侧电荷即可得出，该电极反应为CH4+2H2O−8e−=CO2+8H+，B项正确；
C．通入NO2的电极反应为2NO2+8H++8e−=N2+4H2O，两侧电解质溶液始终显电中性，装置中转移电子的物质的量与通过质子交换膜的H+的物质的量相等，C项正确；
D．从两个电极反应看，负极产生多少H+，则正极消耗等量的H+，但是左侧电极反应生成了H2O，使电极室中溶液pH增大，右侧电极反应消耗了H2O，使电极室中溶液pH减小，D项错误；
答案选D。
8．A
【分析】
该原电池中，硝酸根离子得电子发生还原反应，则右边装置中电极是正极，电极反应式为，左边装置电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，据此分析解答。
【详解】
A．左边装置电极是负极，即X电极是负极，所以X电极上电势比Y电极上电势低，故A错误；
B．高温下厌氧菌等容易发生变性，因此该电池不能在高温下工作，故B正确；
C．右边装置中电极是正极，硝酸根离子得到电子，电极反应式为，故C正确；
D．放电时，电解质溶液中阳离子Na+移向正极右室，阴离子Cl-移向负极室左室，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，即交换膜a为阴离子交换膜，故D正确；
故选A。
9．C
【分析】
生物燃料电池的工作原理是N2+3H22NH3，其中N2在正极区得电子发生还原反应，H2在负极区失电子发生氧化反应，原电池工作时阳离子向正极区移动。
【详解】
A． 利用生物燃料电池在室温下合成氨，既不需要高温加热，同时还能将化学能转化为电能，相比现有工业合成氨，该方法条件温和，故A正确；
B． 原电池左侧为负极区，氢气在氢化酶的作用下，发生氧化反应，H2+2MV2+=2H++2MV+，故B正确；
C． N2在正极区得电子发生还原反应，固氮酶为催化剂，生成NH3，故C错误；
D． 燃料电池工作时，负极区生成的H+通过交换膜由负极区向正极区移动，故D正确；
故选C。
10．C
【分析】
装置无外接电源，则为原电池，根据B电极H2O→O2，氧元素化合价升高可知，B为负极，电极反应为：；A为正极，据此分析解题。
【详解】
A．由分析可知，B极是电池的负极，故A正确；
B．由分析可知，B极的电极反应为，故B正确；
C．A极发生两个反应，2H++2e-=H2↑，3CO2+18e-+18H+=CH3CH(OH)CH3+5H2O，生成60g即1mol异丙醇，则CO2转移18mol电子，但是生成氢气也会转移电子，故生成60g异丙醇转移电子数大于18mol，故C错误；
D．本装置是用二氧化碳制取异丙醇，故A极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应，故D正确；
故选C。
11．B
【分析】
该燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧化剂氧气的电极是正极，负极反应式为H2-2e-+CO=CO2+H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e-═2CO，放电时，电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
【详解】
A． 升高温度能加快反应速率，该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；
B． 还原性物质在负极发生氧化反应，该类电池的H2可以用CO、CH4等替代，故B错误；
C． H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免H2、O2的接触，防止爆炸，产生安全事故，故C正确；
D． 放电时，氢气失电子发生氧化反应，阳极(负极)反应式为2H2+2CO-4e-=2CO2+2H2O，故D正确；
故选B。
12．C
【详解】
A．石墨Ⅱ极，通入氧气，所以石墨Ⅱ极为正极，则石墨电极Ⅰ为电池负极，A项正确；
B．石墨电极Ⅰ为电池负极，发生电极反应为：，产物Y为N2O5，B项正确；
C．石墨Ⅱ极为正极，发生的是还原反应而不是氧化反应，发生的电极反应为O2+2N2O5+4e-=4NO，C项错误；
D．由B分析，消耗0.1mol NO2，转移0.1 mol电子，D项正确；
答案选C。
13．B
【分析】
根据原电池结构分析可知，铂纳米电极a为正极，氧气在a上得电子，O2+4e-+4H+=2H2O，含有乳酸氧化酶的碳纳米管电极b为负极，电极反应式为：C3H6O3+3H2O-12e﹣═3CO2+12H+，据此分析解答。
【详解】
A．由上述分析可知，铂纳米电极a为正极，氧气在a上得电子，故A正确；
B．放电时，原电池内部阳离子向正极移动，氢离子通过交换膜向电极a移动，故B错误；
C．含有乳酸氧化酶的碳纳米管电极b为负极，负极反应式：C3H6O3+3H2O-12e﹣═3CO2+12H+，故C正确；
D．根据电流强度，判断乳酸含量，利用该技术可监测人体乳酸含量，进行疾病诊断，故D正确；
答案选B。
14．B
【分析】
根据燃料电池示意图可知，原电池中发生的反应为：2H2S+O2=S2+2H2O。H2S在负极失去电子发生氧化反应，故电极a为负极；O2在正极得到电子发生还原反应，故电极b为正极。质子膜可以允许质子通过。
【详解】
A．电池工作时，电流从正极流向负极，所以电流从电极b经负载流向电极a，故A错误；
B．电极b为正极，氧气在正极得到电子生成水，电极反应式为：O2+4e−+4H+=2H2O，故B正确；
C．根据给出的热化学方程式，当硫化氢和氧气反应生成水和1mol即64gS2时，放出632kJ的热量，当在原电池中发生此反应时，化学能转化为电能和热能，所以放出的热量小于632kJ，故C错误；
D．当电路中通过4mol电子时，有4molH+经质子膜进入正极区，故D错误；
故选B。
15．A
【分析】
由图可知，甲装置为碱性甲烷燃料电池装置，乙装置为电解饱和氯化钠溶液装置，丙装置为电解精炼铜装置，据此解答。
【详解】
A．甲池中通甲烷的是负极，电极反应为CH4 -8e-+10OH-=CO32-+7H2O，A错误；
B．串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则转移电子的物质的量=，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，每生成1mol氢气转移电子数为2mol，则转移0.4mol电子，乙装置中铁电极上生成的气体体积为4.48L，B正确；
C．乙装置中X为阳离子交换膜，可使得氢气和氯气分别在两极产生，防止气体混合而爆炸，C正确；
D．丙中粗铜逐渐溶解生成铜离子使得溶液变成蓝色，开始电解时，精铜电极上氢离子放电，有氢氧根离子生成，与铜离子发生反应产生蓝色的氢氧化铜絮状沉淀，D正确。
答案选A。
16．D
【详解】
A．电子由左侧电极流出，左侧为电池负极，所以 a为C4H10，b为空气、CO2，A错误；
B．原电池中阴离子移向负极，在熔融电解质中， CO向负极移动，B错误；
C．电解质为熔融碳酸盐，此电池在常温时不能工作，C错误；
D．通入丁烷的一极是负极，负极失电子发生氧化反应，电极反应式为C4H10-26e－+13CO=17CO2+5H2O，D正确；
故选D。
17．2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH- 减小 CH4+H2OCO+3H2 A H2-2e-+=H2O+CO2 33.6
【详解】
(1)电池的总反应为8NH3+6NO2=7N2+12H2O，使用2mol·L-1的KOH溶液为电解质溶液，则电池正极的电极反应式为2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-；负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，负极消耗OH-，则负极附近溶液pH将减小；
(2)①由图可知，CH4和H2O经催化重整生成CO和H2，化学方程式为CH4+H2OCO+3H2；
②电极A上CO和H2，参与反应生成CO2和H2O，电极A上H2参与的电极反应为H2-2e-+=H2O+CO2，电极A上消耗，则向A极移动；
③电极B的电极反应式为2CO2+O2+4e-=2，用电器中每转移2mol电子，电极B上消耗1mol CO2和0.5mol O2，则标准状况下，消耗的气体体积为。
18．2H2-4e-+4OH-=4H2O 减小 负 氧化 Zn-2e-=Zn2+ 正 Cu2++2e-=Cu Zn+Cu2+=Zn2++Cu
【分析】
氢氧燃料电池：通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，反应生成水，溶液的体积增大；银锌原电池中，Zn易失电子发生氧化反应而作负极，Ag作正极，负极上电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极上电极反应式为Cu2++2e-=Cu，两式相加得总反应。
【详解】
(1)以氢氧化钾溶液为电解质溶液的氢氧燃料，通入氢气的一极为电池的负极，氢气失电子发生氧化反应，生成水，电池的负极反应式为2H2-4e-+4OH-=4H2O，供电时的总反应为2H2+O2═2H2O，反应生成水，溶液的体积增大，电解质溶液中的c(OH-)将减小(填“增大”“减小”或“不变”)。故答案为：2H2-4e-+4OH-=4H2O；减小；
(2)锌易失电子，作负极，该电极上发生氧化反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，银为正极，该电极反应式为Cu2++2e-=Cu，正极电极反应式与负极电极反应式加减消元，消去电子，得该原电池的总反应离子方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu。故答案为：负；氧化；Zn-2e-=Zn2+；正；Cu2++2e-=Cu；Zn+Cu2+=Zn2++Cu。
19． 1.2 增大
【详解】
Ⅰ.(1)在原电池中，阳离子从负极移向正极，根据题图中的迁移方向可知，左侧电极为负极，b处通入的是燃料甲醇；右侧电极是正极，c处通入的是氧气；
(2)正极的获得电子，在酸性环境中生成，电极反应式为；
(3)C元素的化合价从-2价升高到+4价，则电路中转移电子的物质的量为；
Ⅱ．混合动力车上坡或加速时，该镍氢电池处于放电状态，由题图并结合的化合价由可知，乙电极为正极，电极反应式为，故乙电极周围溶液的pH增大。
20．N2H4＋2O2－－4e-=N2↑＋2H2O
【详解】
结合该电池产物对环境无污染可知，产物为N2和H2O，电极甲上肼失去电子，发生氧化反应，电极反应式为N2H4-4e-＋2O2-=N2↑＋2H2O。
21．CH4-8e-+10OH-=+7H2O H2 2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH
【分析】
在燃料电池中，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极；在电解池中，与电源负极相连的电极为阴极，与电源正极相连的是阳极。
【详解】
(1)甲烷燃料电池中，通入CH4的电极为负极，CH4失电子后，与OH-发生反应生成和H2O，负极的电极反应式为CH4-8e-+10OH-=+7H2O。答案为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O；
(2)闭合开关K后，a电极与正极(通O2的电极)相连，则此电极为阳极；b电极为阴极，水得电子生成氢气，所以b电极得到的是H2，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，总反应方程式为2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH。答案为：H2；2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH。
【点睛】
在书写电极反应式时，需注意电解质的性质，碱性电解质中，电极反应式中不能出现H+。
22．CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋
【解析】“二甲醚燃料电池”的反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电。由图可知，氢离子移向b电极，则b电极为正极，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案为：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+。
点睛：本题考查了原电池原理及其应用，电极反应式书写是易错点，可以先写出正极电极反应式，利用总反应式减正极反应式即为负极反应式。本题需要认真读图，认识到二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子是解题的关键。
23．碱性 CO2 4NH3 ＋ 3O2===2N2 ＋ 6H2O 3O2＋12e－＋6H2O===12OH－(或O2 ＋4e－＋2H2O===4OH－)
【解析】
（1）氨气是碱性气体，所以电解液最好选择碱性的；（2）空气中的CO2能和氨水反应，所以滤去的气体是CO2；（3）正极发生氧化反应，氧气在正极反应，注意是碱性环境，所以，正极的电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-。
24．+76.29kJ/mol b、c、e 变小 > 不移动 H2、CH4的浓度不变 25% CO-2e-+CO32-=2CO2
【解析】
(1)碳单质、氢气、甲烷的燃烧热(△H)分别为-393.5kJ/mol、-285.8kJ/mol、-890.3kJ/mol，则它们的热化学反应方程式分别为：①C(s)+O2(g)═CO2(g)△H=-395.0kJ/mol；②H2(g)+O2(g)═H2O(l)△H=-285.80kJ/mol；③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol；根据盖斯定律，由①+②×2-③得，C(s)+2H2(g)=CH4(g)，△H=[(-395.0kJ/mol)+(-285.8kJ/mol)×2]-(-890.31kJ/mol)=-76.29kJ/mol，则CH4(g)C(s) +2H2(g) △H=+76.29kJ/mol，故答案为+76.29kJ/mol；
(2)a.H2和CH4的体积分数相等，不表示浓度不变，不能说明达到平衡状态，错误；b．该反应的气体的质量和物质的量均发生变化，混合气体的平均相对分子质量不变，能够说明达到平衡状态，正确；c．该反应中气体的质量变化，而体积不变，混合气体的密度不变，能够说明达到平衡状态，正确；d．在恒压密闭容器中压强始终不变，不能说明达到平衡状态，错误；e．碳的质量不再改变，说明其他物质的质量也不变，能够说明达到平衡状态，正确；故选bce；
(3)T2℃时，若在平衡体系中充入惰性气体，容器的体积增大，相当于减小压强，反应速率变小，平衡正向移动，v正＞v逆，故答案为变小；>；
(4)根据图像，T4℃时，H2和CH4的体积分数相等，若在平衡体系中充入等体积的H2和CH4，H2、CH4的浓度不变，平衡不移动，故答案为不移动； H2、CH4的浓度不变；
(5)根据图像，T3℃时，平衡时，甲烷的体积分数为60%，根据CH4(g)C(s) +2H2(g)，设反应的甲烷的物质的量为x，甲烷的总量为1mol，则 ×100%=60%，解得：x=0.25mol，则平衡后CH4的转化率为 ×100%=25%，故答案为25%；
(6)电解质没有OH-，负极反应为：H2+CO32--2e-=H2O+CO2 ，CO-2e-+CO32-=2CO2，故答案为 CO-2e-+CO32-=2CO2。
点睛：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律的计算应用、化学平衡的计算、电极反应式的书写等。本题的易错点是热化学方程式的书写，要正确理解燃烧热的概念并正确书写燃烧热的热化学方程式，再利用盖斯定律书写。
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