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

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“>”、“ 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。