届高考化学考点41燃料电池必刷题.docx

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届高考化学考点41燃料电池必刷题

考点四十一燃料电池

1．氢氧燃料电池，其电池总反应为2H2＋O2===2H2O。

下列说法不正确的是

A．可利用太阳能分解水制氢气

B．通入氧气一极为负极

C．酸性介质中，阴极反应为：

O2+4H++4e-==2H2O

D．可用酸、碱、熔融碳酸盐、固体电解质作为电解质

【答案】B

2．下列有关电池的说法不正确的是（）

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．燃烧植物的秸秆和枝叶以获取热量和肥料属于生物质能的利用方式

C．废电池必须进行集中处理，其首要原因是不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品

D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内的新型发电装置

【答案】C

【解析】A.锂离子电池能进行充电和放电，所以属于二次电池，故正确；B.燃烧植物的秸秆和枝叶，有机物与空气中的氧气反应，生成二氧化碳和水，同时将储存在有机物中的化学能转化为热能释放出来，属于生物质能的利用，故正确；C.废电池必须进行集中处理，其首要原因是防止镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染，故错误；D.氢氧燃料电池在两极上通入的是氢气和氧气，是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内的新型发电装置，故正确。

3．下列有关电池的叙述正确的是

A．氢氧燃料电池属于环境友好电池，能量转化率可达100％

B．锌锰干电池是一种常用的二次电池

C．锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄

D．铅蓄电池负极是PbO2，正极是Pb

【答案】C

【解析】A.燃料电池转化率不可能为100%，故A错误；B．锌锰干电池是一种常用的一次电池，故B错误；

C.锌锰干电池工作过程中，负极反应为：

Zn-2e-=Zn2+，锌外壳不断被腐蚀而逐渐变薄，故C正确；D.铅蓄电池负极是Pb，正极是PbO2，故D错误。

4．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。

某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（）

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

【答案】C

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

【答案】D

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―

【答案】C

【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。

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―

【答案】C

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

【答案】A

【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·L-1·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

【答案】B

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

【答案】B

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

【答案】C

【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

D．电极B上发生的电极反应为：

O2+4H＋+4e－＝2H2O

【答案】B

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。

下列说法正确的是

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

【答案】B

【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。

下列说法正确的是

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

【答案】A

【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。

下列说法正确的是（）

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

【答案】D

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

0

1

3

5

n（H2）/mol

8.0

5.4

4.0

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

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

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

起始浓度（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；故答案为：

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·mol－1。

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；综上所述，本题答案是：

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>0；③