2022年高考化学一轮复习每日一练 第6章微题型49基于有机物、微生物、熔融盐等的燃料电池

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2．(2020·陕西安康高三月考)某兴趣小组使用甲烷燃料电池(如图甲所示)作为SO2传感器(如图乙所示)的电源，检测空气中SO2的含量。下列说法错误的是( )
A．甲烷燃料电池M极的电极反应式为CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
B．甲烷燃料电池的b端连接SO2传感器的c端
C．标准状况下，当甲烷燃料电池的N极消耗2.24 L的O2时进入传感器的SO2为4.48 L
D．每转移1 ml电子，传感器中Ag/AgCl电极质量增加35.5 g
3．(2020·北京丰台高三期末)下图是典型微生物燃料电池原理示意图。若用含硝酸盐废水替代图中氧气，可达到废水处理的目的(已知：a室中微生物降解有机物产生e－、CO2和H＋)。关于该电池，下列说法不正确的是( )
A．H＋通过质子交换膜从a室进入b室
B．a室内发生氧化反应，电极为正极
C．b室内发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．将硝酸盐转化为N2时，电极反应为2NOeq \\al(－,3)＋10e－＋12H＋===N2＋6H2O
4．(2020·四川省绵阳南山中学高三月考)微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2Oeq \\al(2－,7)浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是( )
A．有机物被氧化，M为电源负极
B．电池工作时，N极附近溶液pH增大
C．Cr2Oeq \\al(2－,7)浓度较大时，可能会造成还原菌失活
D．处理0.1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)时有1.4 ml H＋从交换膜左侧向右侧迁移
5．(2020·天津南开中学高三月考)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．工作时中间室的Cl－移向左室，Na＋移向右室
6．(2020·江西高三期中)“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。用熔融Na2CO3作电解质的直接煤燃料电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A．该电池的总反应为C＋O2===CO2
B．煤直接燃烧发电比直接煤燃料电池发电的能量利用率高
C．进入反应室的煤块粉碎成粉末状对反应速率和限度均无影响
D．电子由电极b沿导线流向电极a，入口A加入的物质为煤粉
7．美国科学家成功开发便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料，每填充一次燃料，大约可连续24小时输出50 W的电力。一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2－，下列对该燃料电池的说法不正确的是( )
A．电路中每流过5 ml电子，肯定有5.6 L丙烷被完全氧化
B．该电池的总反应式是C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O
C．在熔融电解质中，O2－由正极移向负极
D．通丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O
8．(2020·湖北沙市中学高三月考)直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。
(1)三种乙醇燃料电池中，正极反应物均为________。
(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为
________________________________________________________________________，
使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是________________。
(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为
________________________________________________________________________。
(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，COeq \\al(2－,3)向电极________(填“a”或“b”)移动，电极b上发生的电极反应式为____________________________。
9．[2018·天津，10(3)]O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式：_____________________________________________________。
电池的正极反应式：6O2＋6e－===6Oeq \\al(－,2) 6CO2＋6Oeq \\al(－,2)===3C2Oeq \\al(2－,4)＋6O2
反应过程中O2的作用是__________________________________________________。
该电池的总反应式：_____________________________________________________。
10．熔融碳酸盐燃料电池(MCFS)发明于1889年。现有一个碳酸盐燃料电池，以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650 ℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H2的体积比为1∶1)直接作燃料，其工作原理如图所示。
请回答下列问题：
(1)B极为________极，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。
(2)电池总反应方程式为_____________________________________________________。
(3)以此电源电解足量的CuSO4溶液，阳极产生气体0.56 L(已换算为标况)，则阴极产物的质量为______g。
(4)电池中的电解质碳酸钠形成的水溶液体系不能用带玻璃塞的试剂瓶保存，其原因是________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。
答案精析
1．C [该电池为固体氧化物燃料电池，正极通入空气，负极通入氢气，正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，正极没有水生成，故A不选；该电池为碱性氢氧化物燃料电池，正极通入氧气，负极通入氢气，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正极没有水生成，故B不选；该电池为质子交换膜燃料电池，正极通入空气，负极通入氢气，正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，正极生成了水，故C选；该电池为熔融盐燃料电池，正极通入氧气和二氧化碳，负极通入一氧化碳和氢气，正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，正极没有水生成，故D不选。]
2．C [甲烷燃料电池的M极为原电池的负极，失电子发生氧化反应，又以O2－为电解质，故其电极反应式为CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O，A正确；甲烷燃料电池的b端为N极的一端，N极为原电池的正极，传感器中Ag/AgCl电极为电解池的阳极，失电子发生氧化反应，原电池的正极连接电解池的阳极，故甲烷燃料电池的b端连接SO2传感器的c端，B正确；甲烷燃料电池的N极发生的电极反应为O2＋4e－===2O2－，标准状况下，消耗2.24 L(即0.1 ml)的O2转移0.4 ml电子，传感器中阴极的电极反应式是2HSOeq \\al(－,3)＋2H＋＋2e－===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O，若转移0.4 ml电子，应消耗0.4 ml HSOeq \\al(－,3)，故应消耗标准状况下8.96 L(0.4 ml)的SO2，C错误；传感器中Ag/AgCl电极发生的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，每转移1 ml电子，则有1 ml Ag转化为1 ml AgCl，质量增加35.5 g，D正确。]
3．B [在a室有机物被氧化产生H＋，a室为负极室，b室为正极室，H＋通过质子交换膜从a室进入b室，A正确；有机物在a室内失去电子，发生氧化反应，失去电子的电极为负极，B错误；在b室内O2获得电子，发生还原反应，发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C正确；将硝酸盐转化为N2时，NOeq \\al(－,3)中＋5价的N获得电子变为N2，正极的电极反应为2NOeq \\al(－,3)＋10e－＋12H＋===N2＋6H2O，D正确。]
4．D [装置图中H＋向右移动，则N电极为正极，发生还原反应，Cr2Oeq \\al(2－,7)得电子生成Cr3＋，M极有机物失电子被氧化生成CO2，为原电池的负极，故A正确；根据图示，正极反应为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，消耗氢离子，N极附近溶液pH增大，故B正确；Cr2Oeq \\al(2－,7)具有强氧化性，能使蛋白质变性，浓度较大时，可能会造成还原菌失活，故C正确；Cr元素由＋6价变为＋3价，处理0.1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)时转移0.6 ml电子，根据电荷守恒，处理0.1 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)时有0.6 ml H＋从交换膜左侧向右侧迁移，故D错误。]
5．C [该原电池中，硝酸根离子得电子发生还原反应，则右室电极是正极，故A正确；左室电极是负极，有机物在厌氧菌作用下失电子被氧化生成二氧化碳，电极反应式为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋，故B正确；右室电极是正极，电极反应式为2NOeq \\al(－,3)＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，氢离子参加反应导致溶液酸性减小，溶液的pH增大，故C错误；放电时，电解质溶液中阳离子Na＋移向正极右室，阴离子Cl－移向负极左室，故D正确。]
6．A [在原电池中阴离子移向电源负极，图中COeq \\al(2－,3)移向左边，所以a为负极，反应为C＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===3CO2，b为正极，反应为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，所以该电池的总反应为C＋O2===CO2，故A正确；煤直接燃烧发电会有部分化学能转变为热能、光能，所以比直接煤燃料电池发电的能量利用率低，故B错误；将煤块粉碎成粉末状，有利于在入口A附近参与反应，加快了反应速率，故C错误；a为负极，电子由负极(a)沿导线流向正极(b)，故D错误。]
7．A [温度和压强未知，所以无法计算5.6 L丙烷的物质的量，故A错误；丙烷燃料电池的总反应式与丙烷燃烧的化学方程式相同，都为C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，故B正确；氧气在正极被还原，电极反应式为O2－4e－===2O2－，原电池放电时，阴离子向负极移动，所以O2－由正极移向负极，故C正确；通入燃料的电极是负极，燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O，故D正确。]
8．(1)氧气 (2)C2H5OH＋16OH－－12e－===2COeq \\al(2－,3)＋11H2O 空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH (3)O2＋4H＋＋4e－===2H2O (4)a O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
解析 (1)三种乙醇燃料电池中由于正极发生还原反应，所以正极反应物均为氧气。(2)碱性乙醇燃料电池中，乙醇中的C转化为COeq \\al(2－,3)，电极a上发生的电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2COeq \\al(2－,3)＋11H2O，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH。(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，其上发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(4)熔融盐乙醇燃料电池中，若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，COeq \\al(2－,3)向阳极(也是负极)电极a移动，电极b上发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)。
9．Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)
催化剂 2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
解析 Al—CO2电池，Al为负极，反应式为Al－3e－===Al3＋或2Al－6e－===2Al3＋。根据电池的正极反应式可知，O2的作用是催化剂。将正负极两个电极反应式相加，可得电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。
10．(1)正 还原 (2)CO＋H2＋O2===CO2＋H2O (3)3.2
(4)COeq \\al(2－,3)＋H2OHCOeq \\al(－,3)＋OH－
解析 (1)由图中电子的移动方向可知，A极为负极，B极为正极，正极发生还原反应。(2)由图可知，电池总反应为一氧化碳、氢气和氧气形成的燃料电池，总反应方程式为CO＋H2＋O2===CO2＋H2O。(3)电解足量的CuSO4溶液，阳极为氢氧根失电子生成氧气，产生气体0.56 L(标准状况下)氧气的物质的量为eq \f(0.56 L,22.4 L·ml－1)＝0.025 ml，O2～2O－～4e－，所以转移电子数为0.1 ml，根据Cu2＋＋2e－===Cu，阴极析出铜0.05 ml，质量为0.05 ml×64 g·ml－1＝3.2 g。(4)碳酸钠溶液水解显碱性，水解的方程式为COeq \\al(2－,3)＋H2OHCOeq \\al(－,3)＋OH－，所以不能用带玻璃塞的试剂瓶保存。