届高考化学考点41燃料电池必刷题Word格式文档下载.docx
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A．HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-的反应为:
HS-+4H2O-8e-==SO42-+9H+
B．电子从b流出，经外电路流向a
C．如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化
D．若该电池电路中有0.4mol电子发生转移，则有0.45molH+通过质子交换膜
【答案】A
5．一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12mol电子
B．电极A上H2参与的电极反应为：
H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO32—向电极A移动，电子由A极经电解质流向B极
D．电极B上发生的电极反应为：
O2＋2CO2＋4e－===2CO32—
【答案】D
【解析】A.反应CH4＋H2O
3H2＋CO，碳元素化合价从-4价升高到+2价，氢元素化合价从+1价降低到0价，每消耗1molCH4转移6mol电子，故错误；
B.电解质没有氢氧根离子，负极电极A上H2参与的电极反应为：
H2＋CO32-－2e－=H2O+CO2，故错误；
C.电池工作时，CO32—向负极移动，即向电极A移动，电子只能通过导线，不能经过溶液，故错误；
D.B为正极，正极为氧气得到电子，电极B上发生的电极反应为：
O2＋2CO2＋4e－===2CO32—，故正确。
6．向新型燃料电池的两极分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体，它在高温下能传导O2-。
图中滤纸用含有酚酞的氯化钠溶液浸泡过，c、d、e、f均为惰性电极，工作后e极周围变红。
下列叙述正确的是（）
A．c极为正极,A处通入甲烷气体
B．d极的反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．固体电解质中O2-由d极向c极移动
D．e极上发生氧化反应，pH增大
7．2017年5月18日，我国海域天然气水合物试采成功，下列分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移动。
下列有关叙述正确的是（）
A．该分析仪工作时，电极a为正极
B．电极a的反应式为：
CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O
C．当固体电解质中有1molO2－通过时，电子转移4mol
D．该分析仪可用于分析空气中的天然气的含量
8．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运及污染小等特点。
如图为镁——次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是（）
A．该燃料电池中镁为负极，发生氧化反应
B．正极反应式为ClO―+H2O+2e―=Cl―+2OH―
C．放电过程中OH―移向正极移动.
D．电池总反应式为Mg+ClO―+H2O=Mg（OH）2↓+Cl―
【解析】A．镁失电子发生氧化反应而作负极，所以A选项是正确的；
B．正极上双氧水得电子发生还原反应，电极反应式为ClO-+H2O+2e-=Cl-+2OH-，所以B选项是正确的；
C．放电过程中氢氧根离子向负极移动，所以C选项是错误的；
D．镁在负极上失电子生成镁离子，次氯酸根离子在正极上得电子和水生成氯离子和氢氧根离子，所以电池反应式为Mg+ClO-+H2O=Mg（OH）2↓+Cl-，所以D选项是正确的。
9．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运及污染小等特点。
10．对利用甲烷消除NO2污染进行研究，CH4+2NO2
N2+CO2+2H2O。
在1L密闭容器中，控制不同温度，分别加入0.50molCH4和1.2molNO2，测得n（CH4）随时间变化的有关实验数据见下表。
下列说法正确的是（）
A．由实验数据可知实验控制的温度T2>
T1
B．组别①中，0-20min内，NO2的降解速率为0.0125mol·
L-1·
min-1
C．40min时，表格中T2对应的数据为0.18
D．0~10min内，CH4的降解速率:
①>
②
【解析】A、温度越高反应速率越大，达平衡所需要越短，由实验数据可知实验控制的温度T2>
T1，选项A正确；
B、随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减小，故组别①中，0-20min内，NO2的降解速率为0.0125mol·
min-1，选项B错误；
C、40min时，表格中T2对应的数据为0.15-0.18之间，选项C错误；
D、0~10min内，CH4的降解速率:
②>
①，选项D错误。
11．美国一个海军航空站曾安装了一台250kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600℃～700℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，已知该电池的总反应为：
2H2＋O2===2H2O，负极反应为：
2H2＋2CO32—－4e－===2H2O＋2CO2，则下列推断中正确的是（）
A．正极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．该电池的电极没有参加反应
C．电池供应1mol水蒸气，转移的电子数为4mol
D．O2从正极通入，发生氧化反应
12．新型电池的开发与使用在现代社会中已很普遍，一种水煤气燃料电池的能量转化率可达90%以上。
下列说法正确的是
A．总反应为2CO+O2==2CO2
B．负极反应为H2-2e—==2H+、CO-2e—+H2O==CO2+2H+
C．电路中通过4mol电子，正极消耗22.4L（标准状况）空气
D．有机固体中的H+在放电时向正极移动，造成正极pH减小
13．一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：
2C2H6+7O2+8KOH═4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是
A．负极反应为14H2O+7O2+28e﹣═28OH﹣
B．放电一段时间后，负极周围的酸性减弱
C．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14mol
D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
【解析】A、负极上乙烷失电子发生氧化反应,电极反应式C2H6+18OH-=2CO32--14e-+12H2O,正极反应式为2H2O+O2+4e﹣═4OH﹣，故A错误;
B、放电过程中,负极上氢氧根离子参加反应导致浓度降低,所以碱性减弱,pH下降,故B错误；
C.根据C2H6+18OH-=2CO32--14e-+12H2O可以知道,每消耗1molC2H6,则电路上转移的电子为14mol,故C正确；
D、该反应中有水生成,导致溶液体积增大,KOH参加反应导致物质的量减少,所以KOH浓度降低,故D错误。
14．一种用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是
A．该电池工作时，每消耗22.4LNH3转移3mol电子
B．电子由电极A经外电路流向电极B
C．电池工作时，OH－向电极B移动
O2+4H＋+4e－＝2H2O
15．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。
A．电极甲发生还原反应
B．电池内的O2-由电极乙移向电极甲
C．电池总反应为N2H4+2O2=2NO+2H2O
D．当甲电极上有lmolN2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应
【解析】A、通氧气一极为正极，通N2H4的一极为负极，即电极甲为负极，依据原电池的工作原理，电极甲上发生氧化反应，故A错误；
B、根据原电池的工作原理，O2－从正极移向负极，故B正确；
C、因为反应生成无毒无害物质，即N2H4转化成N2和H2O，故C错误；
D、题目中没有说明条件是否为标准状况下，因此无法计算气体的体积，故D错误。
16．燃料电池作为安全性能较好的一类化学电源得到了更快的发展，一种以联氨（N2H4）为燃料的环保电池工作原理如图所示，工作时产生稳定无污染的物质。
A．M极生成氮气且电极附近pH降低
B．负极上每消耗1molN2H4，会有2molH+通过质子交换膜
C．正极的电极反应式为：
O2+2H2O+4e-=4OH-
D．电极M是原电池的正极
【解析】根据图中氢离子的移动方向可知电极N为正极，电极M为负极，燃料电池中的联氨在负极发生氧化反应，电极反应式为：
N2H4-4e-=N2↑+4H+，氧气在正极发生还原反应，电极反应式为：
O2+4H++4e-=2H2O。
A项，结合分析可知电极M为负极，电极反应式为：
N2H4-4e-=N2↑+4H+，生成氮气，且会生成H+，导致电极M附近的pH降低，故A项正确；
B项，结合分析可知电极M为负极，联氨在负极发生氧化反应，根据电极反应式可知每消耗1molN2H4，转移4mol电子，会有4molH+通过质子交换膜，故B项错误；
C项，结合分析可知正极的电极反应式：
O2+4H++4e-=2H2O，故C项错误；
D项，根据图中氢离子的移动方向可知电极N为正极，电极M为负极，故D项错误。
17．利用反应6NO2＋8NH3=7N2＋12H2O构成电池的装置如图所示。
A．电子从右侧B电极经过负载后流向左侧A电极
B．当有2.24LNO2被处理时，转移电子数为0.4NA
C．电极A极反应式为2NH3－6e－=N2＋6H+
D．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
18．能源是人类共同关注的重要问题。
页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源，页岩气的主要成分是甲烷，是公认的洁净能源。
（1）页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气（CO和H2）。
CH4与H2O（g）通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H1
已知：
①CH4、H2、CO的燃烧热（△H）分别为-akJ•mol-1、-bkJ•mol-1、-ckJ•mol-1；
②H2O（l）=H2O（g）；
△H=+dkJ•mol-1
则△H1=___________（用含字母a、b、c、d的代数式表示）kJ•mol-1。
（2）用合成气生成甲醇的反应为：
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）△H2，在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示，200℃时n（H2）随时间的变化如下表所示：
t/min
1
3
5
n（H2）/mol
8.0
5.4
4.0
①△H2_________（填“>
”“<
”或“=”）0。
②下列说法正确的是____________（填标号）。
a.温度越高，该反应的平衡常数越大b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高
c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度d.图中压强p1<
p2
③200℃时，该反应的平衡常数K=_______。
（3）甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。
标准状况下通入5.6L甲烷，测得电路中转移1.2mol电子，则甲烷的利用率为_________。
（4）有人设计将两根Pt丝作电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入乙醇和氧气而构成燃料电池。
则此燃料电池工作时，其电极反应式为：
负极：
_____________
正极：
【答案】-a+3b+c–d<
cd6.2560%C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2OO2+4e-+2H2O=4OH-
答案为：
-a+3b+c–d；
（2）①由图示可知在恒压条件下，随着温度的升高CO的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，即正反应为放热反应，△H2＜0，故答案为：
＜；
②a、正方向为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，故a错误；
b.达平衡后再充入稀有气体，压强增大，但平衡不移动，CO的转化率不变，故b错误；
c.CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g），达到平衡前气体总物质的量在不断变化，当容器内气体压强不再变化时，说明混合气体的总物质的量不再改变，反应达到平衡，即反应达到最大限度，故c正确；
d.、由图示可知，在恒温恒容的条件下，增大压强，平衡向正方向移动，CO的转化率增大，即图中压强p1＜p2，故d正确；
故答案为：
cd；
③由图表可知，3min后反应达到平衡状态
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）
起始浓度（mol·
L－1）0.40.80
变化浓度（mol·
L－1）0.20.40.2
200℃时，200℃时平衡常数K=c（CH3OH）/（c（CO）×
c2（H2））=0.2/（0.2×
0．42）=6.25；
6.25；
（3）甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池,CH4完全氧化后的产物为K2CO3，1mol甲烷完全燃烧转移电子的物质的量为[4－（-4）]mol=8mol。
测得电路中转移1.2mol电子，可知参加反应的甲烷为1.2mol/8mol×
1mol=0.15mol，标准状况下通入5.6L甲烷的物质的量为5.6L/22.4L·
mol－1=0.25mol，甲烷的利用率为0.15mol/0.25mol×
100%=60%，故答案为：
60%；
（4）在燃料电池的负极发生氧化反应，通入的是乙醇，电极反应式为：
C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2O；
正极发生还原反应，通入的是氧气，电极反应式为：
O2+4e-+2H2O=4OH-，故答案为：
C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2O、O2+4e-+2H2O=4OH-。
19．甲醇可作为燃料电池的原料。
通过下列反应可以制备甲醇：
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）△H＝－90.8kJ·
mol－1，在一容积可变的密闭容器中充入10molCO和20molH2，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图所示，当达到平衡状态A时，容器的体积为20L。
（1）T1℃反应的平衡常数为_______________。
（2）图中P1_______P2（填“>
”、“<
”或“=”）。
如反应开始时仍充入10molCO和20molH2，则在平衡状态B时容器的体积V（B）=__________L。
（3）关于反应CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）在化学平衡状态B时的描述正确的是________
A．CO的含量保持不变B．容器中CH3OH浓度与CO浓度相等
C．2v正（CH3OH）=v正（H2）D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（4）已知CO2（g）+H2（g）
CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ·
mol－1，试写出由CO2和H2制取甲醇的热化学方程式___________________________________。
（5）以CH3OH、O2、稀H2SO4组成燃料电池，写出该电池正极的电极反应式：
_________________。
【答案】4L2/mol2<
4ADCO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g）△H=－49.5kJ·
mol－1O2+4e-+4H+=2H2O
20．化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。
（1）工业生产可以用NH3（g）与CO2（g）经两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：
则NH3（g）与CO2（g）反应生成尿素的热化学方程式为___________________________。
（2）已知反应Fe（s）＋CO2（g）
FeO（s）＋CO（g）ΔH＝akJ·
mol－1。
测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：
温度（℃）
500
700
900
K
1.00
1.47
2.40
①该反应的化学平衡常数K的表达式为____________，a________0（填“>
”或“＝”）。
在500℃2L密闭容器中进行反应，Fe和CO2的起始量均为4mol，则5min后达到平衡时CO2的转化率为________，生成CO的平均速率v（CO）为_______________。
②700℃反应达到平衡后，要使反应速率增大且平衡向右移动，可采取的措施有___________。
（3）利用CO与H2可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式_____________________，利用该电池电解1L0．5mol/L的CuSO4溶液，当消耗560mLO2（标准状况下）时，电解后溶液的pH＝_________（溶液电解前后体积的变化忽略不计）。
【答案】2NH3（g）+CO2（g）⇌H2O（l）+H2NCONH2（s）△H=-134kJ•mol-1K=c（CO）/c（CO2）>
50%0.2mol/（L.min）增加CO2的量、升高温度（填一种即可）CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+1
CO2的量或者升高温度，
因此，本题正确答案是：
增加CO2的量或升高温度；
（3）负极发生氧化反应，负极CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+，当消耗560mLO2（标准状况下）时即
=0.025mol，根据电子守恒4OH-~O2~4e-，则消耗的氢氧根离子物质的量为0.025mol×
4=0.1mol，所以溶液中氢离子的浓度为：
=0.1mol/L，故pH=1，本题正确答案是：
CH3OH-6e-+H2O＝CO2+6H+；
1。
21．雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。
其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一
（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO（g）+2CO（g）
2CO2（g）+N2（g）。
在密闭容器中发生该反应时
，c（CO2）随温度（T）、催化剂的表面积（S）和时间（t）的变化曲线，如图所示。
据此判断:
①该反应的温度T2____T1（填“>
”或“<
”）。
②在T1温度下，0～2s内的平均反应速率v（N2）=___________。
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。
若增大催化剂的表面积,则CO转化率__（填“增大”“减小”或“不变”）。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是____（填字母）。
abc
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
例如:
CH4（g）+2NO2（g）＝N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）ΔH=-867.0kJ/mol
2NO2（g）
N2O4（g）ΔH=-56.9kJ/mol
写出CH4催化还原N2O4（g）生成N2、CO2和H2O（g）的热化学方程式:
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。
下图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
电极a、b表面发生的电极反应式分别为a:
____________________,
b:
___________________________________。
【答案】＜0.05mol/（L·
s）不变cH4（g）＋N2O4（g）=N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H=－810.1kJ·
mol－12H2O－4e－=O2↑＋4H＋2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH
+2H2O（g），△H=﹣810.1kJ/mol；
综上所述，本题答案是：
CH4（g）＋N2O4（g）=N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）△H=－810.1kJ·
②由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，电极a表面发生氧化反应，为负极，电极反应式为2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极b表面发生还原反应，为正极，电极反应式为2CO2+4e﹣+4H+═2HCOOH；
2H2O﹣4e﹣═O2↑+4H+；
2CO2+4H++4e﹣=2HCOOH。
22．甲醇被称为21世纪的新型燃料,研究和合成甲醇有着重要的意义。
（1）已知：
①H2（g）+1/2O2（g）
H2O（l）ΔH1<
0；
②CO2（g）
CO（g）+1/2O2（g）ΔH2>
③
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