2024届高三化学一轮复习培优--燃料电池训练

这是一份2024届高三化学一轮复习培优--燃料电池训练，共20页。试卷主要包含了单选题，实验题等内容，欢迎下载使用。
2024届高三化学一轮复习培优--燃料电池训练
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题
1．以N2H4(g)为燃料的电池装置如图所示，下列说法正确的是

A．通入N2H4的电极为正极，发生还原反应
B．b电极的电极反应式为O2+4e- +4H+=2H2O
C．OH-通过离子交换膜从b电极移向a电极
D．装置工作一段时间后，两侧电极室中溶液的pH均不变
2．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-=2
C．向正极移动
D．a为CH4，b为CO
3．元素周期表中VIA族元素单质及其化合物有着广泛应用。O2可用作氢氧燃料电池的氧化剂；O3具有杀菌、消毒、漂白等作用。硫有多种单质，如斜方硫(燃烧热为297kJ•mol-1)、单斜硫等，硫或黄铁矿(FeS2)制得的SO2可用来生产H2SO4。用SO2与SeO2的水溶液反应可制备硒；硒是一种半导体材料，在光照下导电性可提高近千倍。下列化学反应表示不正确的是
A．碱性氢氧燃料电池放电时的正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-
B．斜方硫的燃烧：S(s，斜方硫)+O2(g)=SO2(g)    △H=297kJ•mol-1
C．煅烧黄铁矿获得SO2：4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3
D．SO2与SeO2的水溶液反应制备硒：2SO2+SeO2+2H2O=Se↓+2H2SO4
4．氢氧燃料电池是一种化学电源,如图所示的氢氧燃料电池以石墨为电极,两极分别通入氢气和氧气,KOH溶液为电解质溶液,下列说法不正确的是

A．在电池反应中每转移2mol电子,正极消耗O2的体积为11.2L
B．b极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．工作一段时间后,电解质溶液碱性减弱
D．该装置将化学能转化为电能
5．热电厂尾气经处理得到较纯的SO2，可用于原电池法生产硫酸。下列说法不正确的是

A．电极b周围溶液pH变大
B．溶液中H+由a极区向b极区迁移
C．电极a的电极反应式是SO2-2e-+2H2O=4H++SO
D．一段时间后，a极消耗的SO2与b极消耗的O2物质的量相等
6．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图所示。

该电池工作时，下列说法正确的是
A．电极(a)为正极
B．NH3在电极(a)上发生还原反应
C．电子由电极(a)经导线移动向电极(b)
D．K+向电极(a)移动
7．氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。其反应原理示意图如下图，下列说法正确的是       

A．a极是正极
B．电池工作时，化学能全部转化为电能
C．电池工作时，电子由a极沿导线流向b极
D．b极的电极反应式为
8．在第十三届阿布扎比国际防务展上，采用先进的氢氧燃料电池系统的无人机，创造了该级别270分钟续航的新世界记录。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是

A．通入氧气的电极发生氧化反应
B．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动
C．正极的电极反应式为：
D．该电池工作时，每消耗22.4L转移4mol电子
9．某种氢氧燃料电池的内部结构如图所示，下列有关该装置的说法不正确的是

A．将化学能转化为电能
B．电极a为电池的负极
C．电极b上发生的反应为O2-4e-+4H+=2H2O
D．工作时，电子由电极a通过导线流向电极b
10．HCOOH燃料电池的装置如图，两电极间用阳离子交换膜隔开。下列说法正确的是

A．电池工作时，电子由a电极经外电路流向b电极
B．负极的电极反应式为
C．若X为，通入发生的反应为
D．理论上每消耗标准状况下22.4 L ，有2 mol 通过阳离子交换膜
11．我国研发的刀片电池(比亚迪-中国)和方壳电池(宁德时代-中国)在世界锂电池领域占有重要地位，现在正在大力布局全固态电池与氢燃料电池的研发与推广。下列说法错误的是
A．锂电池属于二次电池，锂属于有色金属
B．锂离子电池的工作过程存在锂离子的吸附与脱嵌
C．全固态电池具有高安全性、高能量密度优势
D．氢燃料电池与太阳能电池的工作原理相同
12．我国科技成就日新月异。下列有关我国科技成就的相关解读错误的是
选项
科技成就
相关解读
A
太阳能集水器采集空中水蒸气，冷凝成饮用水
水蒸气的液化过程是放热反应
B
研制催化剂PdH2，在温和条件下利用和合成氨
催化剂能降低合成氨反应的活化能
C
探究矿物吸收形成菱镁矿的机理
加压有利于封存，能助力“碳中和”
D
合成高性能和高稳定性氢氧燃料电池的催化剂
氢氧燃料电池能将化学能转化成电能

A．A B．B C．C D．D
13．能源危机问题一直是世界热点话题，下列关于能量转化的说法正确的是
A．盐酸和碳酸氢钠的反应、灼热的碳与二氧化碳的反应都属于吸热反应
B．自然界中所有的能量的转化必须伴随化学反应的发生
C．锌锰干电池在给小灯泡供电的过程中，电能全部转化为光能
D．燃料电池是一种将燃料和氧化剂间接转化为电能的电化学反应装置
14．某甲烷燃料电池的构造如下图所示，a、b为电极，C、D为选择性离子交换膜，只允许一种离子通过。下列说法正确的是

A．电子由a沿导线流向b，再由b通过电解质溶液流回a
B．a电极的电极反应式为：
C．出口Y中的质量分数小于
D．b是电池正极
15．化学与人类生活、生产和科技发展密切相关，下列有关说法正确的是
A．“天问一号”火星探测器，其太阳能电池板的主要材料是二氧化硅
B．“84”消毒液是以NaClO为有效成分的消毒液，与医用酒精混合可以提升消毒效果
C．“长征五号”运载火箭使用的液氢燃料具有高效能、无污染的特点
D．《新修本草》中有关于“青矾”的描述为：“本来绿色，新出窟未见风者，正如瑙璃，烧之赤色”。这里的赤色物质是Fe3O4

二、实验题
16．(1)汽车尾气中生成过程的能量变化如图甲所示。和完全反应生成会____(填“吸收”或“放出”)____kJ能量。

(2)用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下图所示：

电池总反应为，则c电极是__(填“正极”或“负极”)，d电极的电极反应式：___。若线路中转移电子，则上述燃料电池消耗的在标准状况下的体积为__L。
(3)一种新型催化用于和的反应：。已知增大催化剂的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，部分条件已经填在下表中。
实验编号
T/℃
NO初始浓度/(mol∙L-1)
CO初始浓度/(mol∙L-1)
催化剂的比表面积 (m2∙g-1)
I
280


82
II
280


124
III
350


82
①请将表中数据补充完整：____。
②能验证温度对化学反应速率影响规律的是实验____(填序号)。
③实验I和实验II中，的物质的量浓度随时间的变化曲线如图丙所示，其中表示实验II的是曲线_______(填“甲”或“乙”)。

(4)在容积固定的绝热容器中发生反应，不能说明已达到平衡状态的是_______(序号)
A．容器内混合气体温度不再变                
B．容器内的气体压强保持不变
C．    
D．容器内混合气体密度保持不变
17．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ： CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)    ΔH1
反应Ⅱ： CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)   ΔH2
①下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）。
温度
250℃
300℃
350℃
K
2.041
0.270
0.012
由表中数据判断ΔH1____0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。
② 某温度下，将2mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝ 0.2 mol／L，则CO的转化率为___________，此时的温度为_______（从上表中选择）。
（2）已知在常温常压下：
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) ＝ 2CO2(g) + 4H2O(l)  ΔH1＝－1451.6kJ／mol
② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g)  ΔH2 ＝－566.0kJ／mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：_________________________________________
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置：

①该电池的能量转化形式为___________________________。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小。请写出该电池的负极的电极反应式。_____________________________
③用该电池电解（惰性电极）500mL某CuSO4溶液，电解一段时间后，为使电解质溶液恢复到原状态，需要向溶液中加入9.8g Cu(OH)2固体。则原CuSO4溶液的物质的量浓度为___________mol/L（假设电解前后溶液体积不变）。
18．I.为了证明稀硝酸与铜反应的气体产物是，某同学设计了如下实验装置和实验方案。

实验步骤：
(1)关闭，打开，向试管中加入适量石灰石，通过分液漏斗向其中加入一定的稀硝酸，则加入石灰石的作用是___________。
(2)将铜丝插入稀硝酸中，微热大试管。该步反应的离子方程式是___________。
(3)充分反应后，打开开关，通过气囊鼓入空气，可以观察到烧瓶中___________，证明稀硝酸与铜反应的气体产物是。
Ⅱ.燃料电池是目前开发的燃料电池之一，这种燃料电池由甲烷、空气(氧气)、(电解质溶液)构成。其中负极反应式为。
(1)则下列说法正确的是___________(填序号)。
①电池放电时通入空气的电极为负极
②电池放电时，电解质溶液的碱性逐渐减弱
③电池放电时每消耗转移电子
(2)写出该燃料电池的正极反应式：___________
19．原电池是化学对人类的一项重大贡献。
（1）某兴趣小组为研究原电池原理，设计如图A装置。


A
B
①a和b不连接时，烧杯中发生反应的离子方程式是 ________________________。
②a和b用导线连接，Cu极为原电池________极（填“正”或“负”），该电极反应式是____________________。
③无论a和b是否连接，Zn片均被腐蚀，若转移了1mol电子，  则理论上Zn片质量减轻________g。
（2）如图是氢氧燃料电池原理示意图B，回答下列问题：电池的正极是________（填“a”或“b”）电极，该极的电极反应式为： _________________________。
20．常温下，为了研究化学反应的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。A与B均为无色晶体粉末，当向盛有A的试管中加入粉末B时，在试管中闻到有刺激性气味，且该气体能使酚酞溶液变红；在U形管中甲处液面上升乙处液面下降。试回答下列问题：

(1)试管内发生化学反应过程中，_______能转化成_______能。
(2)该反应为_______(填“放热”或“吸热”)反应、
(3)下列各图中，能表示该反应过程中的能量变化的是_______。
A． B．
C． D．
(4)写出一个符合题中条件的化学方程式：_______。
(5)用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图：

①则电极c是_______(填“正极”或“负极”)，物质b为_______(填化学式)。
②若线路中转移1.6mol电子，则该燃料电池理论上消耗的在标准状况下的体积为_______L。

参考答案：
1．C
【详解】A．通入燃料N2H4的电极a为负极，负极上N2H4失电子发生氧化反应，电极反应式为N2H4 +4OH--4e-=N2+4H2O，故A错误；
B．电极b为正极，正极上O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；
C．根据原电池工作原理，阴离子从正极移向负极，即OH-通过离子交换膜从电极b移向电极a，故C正确；
D．该原电池中，N2H4与O2反应的化学方程式为N2H4+O2=N2+2H2O，通入 O2的电极为正极，消耗水使正极附近溶液的碱性增强；通入燃料N2H4的电极a为负极，生成水使负极附近溶液的碱性减弱，故D错误。
答案选C。
2．B
【分析】燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，根据电子流向知，左边a电极是负极、右边b电极是正极，所以a是CH4，b为空气。
【详解】A．电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，A错误；
B．正极上O2得电子和CO2反应生成，电极反应式为O2+2CO2-4e-═2，B正确；
C．原电池放电时，向负极移动，C错误；
D．根据分析，a是CH4，b为空气，D错误；
故选B。
3．B
【详解】A．碱性氢氧燃料电池中，通入氧气的一极是正极，故正极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-，A项正确；
B．燃烧热为1mol燃料充分燃烧生成稳定的氧化物时所释放的能量，故斜方硫的燃烧：S(s，斜方硫)+O2(g)=SO2(g) △H= -297kJ•mol-1，B项错误；
C．煅烧黄铁矿获得SO2：4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3，C项正确；
D．SO2与SeO2的水溶液反应制备硒，根据氧化还原反应配平，故方程式：2SO2+SeO2+2H2O=Se↓+2H2SO4，D项正确；
故答案选B。
4．A
【详解】A．在电池反应中每转移2mol电子，正极消耗O2的体积在标准状况下为11.2L，故A错误；
B．b极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+2H2O+4e-═4OH-，故B正确；
C．该电池的总反应是氢气与氧气反应生成水，溶液的体积增大，氢氧根离子浓度减小，则电解质溶液碱性减弱，故C正确；
D．原电池是将化学能转化为电能的装置，故D正确；
答案为A。
5．D
【分析】由题干图示可知，电极a作负极，发生的电极反应为：SO2-2e-+2H2O=4H++，b电极为正极，发生的电极反应为：4H++O2+4e-=2H2O，左侧区域产生的H+经过阳离子交换膜进入右侧区域，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，b电极为正极，发生的电极反应为：4H++O2+4e-=2H2O，则电极b周围溶液pH变大，A正确；
B．由分析可知，溶液中H+由a极区向b极区迁移，B正确；
C．由分析可知，电极a的电极反应式是SO2-2e-+2H2O=4H++SO，C正确；
D．根据得失电子总数相等可知，一段时间后，a极消耗的SO2与b极消耗的O2物质的量的2倍，D错误；
故答案为：D。
6．C
【分析】在a极，NH3反应之后生成N2，失去电子，电子通过导线流向正极让氧气得到电子，即a为负极、b为正极，在内部，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，形成闭合回路。
【详解】A．电极a为负极，A错误；
B．NH3在电极(a)上失去电子，发生氧化反应，B错误；
C．氨气失去的电子通过导线由电极(a)经导线移动向电极(b)，氧气在电极(b)得到电子，C正确；
D．在原电池内部，阳离子向正极移动，即K+向电极(b)移动，D错误；
故选C。
7．C
【分析】已知燃料电池中通入燃料H2的一极为负极，发生氧化反应，电极反应为：H2-2e-=2H+，通O2的一极为正极，发生还原反应，电极反应为：4H++O2+4e-=2H2O，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，a极是负极，A错误；
B．电池工作时，化学能不可能全部转化为电能，还将转化为热能等其他形式的能量，B错误；
C．由分析可知，电池工作时，电子由负极即a极沿导线流向正极即b极，C正确；
D．由分析可知，b极的电极反应式为4H++O2+4e-=2H2O，D错误；
故答案为：C。
8．C
【分析】氢氧燃料电池工作时，是把化学能转变为电能，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-+2OH-═2H2O，通入氧气的一极为原电池的正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，阳离子向正极移动，据此分析。
【详解】A．该电池工作时化学能转化为电能，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，故A错误；
B．阳离子向正极移动即通入氧气的一极移动，故B错误；
C．通入氧气的一极为原电池的正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，故C正确；
D．无标准状况，无法计算物质的量，故D错误；
答案选C。
9．C
【分析】该装置为氢氧燃料电池，根据图示中H+的移动方向可知，通入H2的电极a为负极，通入O2的电极b为正极，结合原电池原理作答。
【详解】A．该装置为氢氧燃料电池，该装置属于原电池，工作时将化学能转化成电能，A项正确；
B．H+向电极b移动，电极b为电池的正极，电极a为电池的负极，B项正确；
C．电极b为正极，电极b上发生的反应为O2+4e-+4H+=2H2O，C项错误；
D．电极a为负极，电极b为正极，工作时电子由电极a通过导线流向电极b，D项正确；
答案选C。
10．A
【分析】根据图示可知，该燃料电池的a极区HCOOH在KOH环境被氧化为，说明a极失去电子，是负极；b极区Fe3+得到电子生成Fe2+，Fe2+通过外循环被O2氧化又生成Fe3+，b是正极；负极区的K+通过阳离子交换膜进入正极区，构成回路。
【详解】A．据分析，a极是负极，b极是正极，电池工作时，电子由a电极(负极)经外电路流向b电极(正极)，A正确；
B．据分析，该电池负极是在KOH环境，负极的电极反应式为，B错误；
C．据分析，Fe2+通过外循环被O2氧化生成Fe3+，若X为，通入发生的反应为，C错误；
D．理论上每消耗标准状况下22.4 L ，物质的量是1mol，则有4mol电子发生转移，有4 mol 通过阳离子交换膜，D错误；
故选A。
11．D
【详解】A．锂电池可充电，为二次充电电池，且锂金属为有色金属，A项正确；
B．锂离子电池中，放电时负极的锂单质失电子转化为锂离子脱嵌，移动到正极被正极吸附，B项正确；
C．由于固态电解质绝缘性好，不可燃、不挥发，即便发生了形变，也不会导致电解质外漏，再加上目前固态电池拥有更宽的温度工作范围，安全性高。固态电池没有电解液和隔膜，大幅度减小了固态电池的质量，同时直接使用金属锂来做负极，进一步减轻负极材料的用量，提升整个电池的能量密度，C项正确；
D．太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。而燃料电池利用燃料发生氧化还原反应电子转移而产生电流，D项错误；
故选D。
12．A
【详解】A．大气中的水蒸气中混有杂质，其冷凝下来的水对人体不利，需净化后才能成为饮用水，A错误；
B．合成氨反应的高效催化剂PdH2，可降低反应的活化能，使条件变得温和，B正确；
C．与反应可生成菱镁矿，加压可增大CO2浓度，从而促进CO2的转化，提高CO2的吸收率，C正确；
D．研究高性能催化剂，可使氢氧燃料电池的反应条件降低，氢氧燃料电池属于原电池，将化学能转化为电能，D正确；
故选A。
13．A
【分析】吸热反应是指在反应过程中吸收热量的化学反应，常见的放热反应：可燃物的燃烧、金属与酸的反应、中和反应、绝大多数化合反应、少数分解反应、多数置换反应、某些复分解反应。常见的吸热反应：极个别的化合反应(CO和C的反应)、绝大多数的分解反应、少数置换反应、某些复分解反应(铵盐与强碱的反应)。
【详解】A．盐酸和碳酸氢钠的反应、灼热的碳与二氧化碳的反应均需要吸收能量，都属于吸热反应，故A正确；
B．并不是所有的能量的转化必须伴随化学反应的发生，如风能发电，将风能转化为电能，但该过程没有发生化学变化，故B错误；
C．锌锰干电池在给小灯泡供电的过程中，电能除了转化为光能，还会转化为热能，故C错误；
D．燃料电池是一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置，故D错误；
答案选A。
14．D
【分析】由图可知，通入甲烷的a电极为燃料电池的负极，碱性条件下甲烷在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH4—8e—+10OH—=CO+7H2O，通入氧气的b电极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e—+2H2O=4OH—。
【详解】A．电解质溶液不能传递电子，故A错误；
B．由分析可知，通入甲烷的a电极为燃料电池的负极，碱性条件下甲烷在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CH4—8e—+10OH—=CO+7H2O，故B错误；
C．由分析可知，通入氧气的b电极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，所以出口Y中氢氧化钾的质量分数大于，故C错误；
D．由分析可知，通入氧气的b电极为正极，故D正确；
故选D。
15．C
【详解】A．太阳能电池板的主要材料是硅而不是二氧化硅，A错误；
B．NaClO溶液有强氧化性，与酒精混用发生氧化还原反应，使消毒效果降低，B错误；
C．液氢燃料具有高效能、无污染的特点，C正确；
D．题中描述“烧之赤色”推断物质应为三氧化二铁而不是四氧化三铁，D错误；
故选C。
16． 吸收 180 负极 11.2 I和III 乙 CD
【详解】(1) N2和O2反应的化学方程式为： ，破坏旧化学键需要吸收能量，形成新化学键会放出能量，则1molN2和1molO2完全反应中的能量变化为946kJ/mol×1mol + 498kJ/mol×1mol- 632kJ/mol×2mol = 180kJ，即1molN2和1molO2完全反应生成2molNO要吸收180kJ的能量，故答案为：吸收，180。
(2)根据图中的电子流向可知，c是负极，d作正极，d电极的电极反应式为，线路中转移2 mol电子时消耗O2 0.5 mol，在标准状况下体积为11.2 L，故答案为：负极、、11.2。
(3) ①由表中数据可知，I与II探究催化剂对反应速率的影响, I和III探究温度对反应速率的影响，由控制变量法可知浓度相同，则 1.2 × 10-3，故答案为：。
②I和III只有温度不同，可探究温度对化学反应速率的影响，故答案为：I和III。
③实验II中，其他条件都相同，催化剂的比表面积不同，催化剂的比表面积越大，反应速率越快，则由图象可知，表示实验II的是曲线是乙，故答案为：乙。
(4) A．容器为绝热容器，反应放出的热量会导致容器内温度逐渐升高，当温度不再变化时说明反应达到了平衡状态，A项正确；
B．该反应气体分子总数减少，反应进行中混合气体的总物质的量减小，且反应放出的热量会导致容器内温度逐渐升高，都会导致容器内气体的压强发生改变，当容器内的气体压强不再改变时，说明反应达到了平衡状态，B项正确；
C．化学平衡状态的本质是正、逆反应速率相等，可表示正、逆反应速率相等时，正、逆反应速率不相等，C项错误；
D．该反应中各物质都是气体，混合气体的总质量不变，容器容积固定，密度是一个定值，与反应是否达到平衡状态无关，D项错误；
答案选CD。
17． < 80% 250℃ CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O(l)  △H= - 442.8kJ/mol 化学能转化为电能 CH3OH－6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O 0.2 mol/L
【详解】（1）①由表中数据可知，升高温度K减小，则化学平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，所以正反应是放热反应。故△H1