高中化学复习知识点氢氧燃料电池.docx

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高中化学复习知识点氢氧燃料电池

高中化学复习知识点：

氢氧燃料电池

一、单选题

1．据报道，氢燃料电池公交汽车已经驶上北京街头，下列说法中，正确的是

A．电解水制取氢气是理想而经济的制氢方法

B．发展氢燃料电池汽车不需要安全高效的储氢技术

C．氢燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染

D．氢燃料电池把氢气和氧气燃烧放出的热能转化为电能

2．燃料电池是目前电池研究的热点之一。

某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极下列叙述不正确的是（）

A．a极是负极，该电极上发生氧化反应

B．b极发生的电极反应是O2+4OH--4e-=2H2O

C．电池总反应方程式为2H2+O2=2H2O

D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

3．下列说法正确的是

A．氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能

B．反应4Fe（s）+3O2（g）

2Fe2O3（s）常温下可自发进行，该反应为吸热反应

C．3molH2与1molN2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于6×6.02×1023

D．在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快

4．如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（　　）

A．a电极是负极

B．b电极的电极反应为：

4OH--4e-====2H2O+O2↑

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

5．空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池（RFC），RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。

下图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是（）

A．当有0.8mol电子转移时，b极产生4.48LO2

B．为了增加导电性可以将左边容器中的水改为NaOH溶液

C．d极上发生的电极反应是：

2H++2e－=H2

D．c极上进行氧化反应，A池中的H+可以通过隔膜进入B

6．氢氧燃料电池用于航天飞船，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：

负极：

2H2+4OH－－4e－=4H2O

正极：

O2+2H2O+4e－=4OH－

当得到1.8L饮用水时，电池内转移的电子数约为（）。

A．1.8molB．3.6molC．100molD．200mol

7．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。

下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是（　　）

A．该电池工作时电能转化为化学能

B．该电池中电极b是负极

C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a

D．该电池是绿色环保电池

8．下列化学电池不易造成环境污染的是

A．锌锰电池B．氢氧燃料电池C．镍镉电池D．铅蓄电池

9．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质溶液的燃料电池中发电，电池负极反应式为（　　）

A．H2＋2OH－－2e－=2H2OB．O2＋4H＋＋4e－=2H2O

C．H2－2e－=2H＋D．O2＋2H2O＋4e－=4OH－

10．由于具有超低耗电量、寿命长的特点，LED产品越来越受人欢迎。

如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。

①a处通入的气体是氢气，b处通入的气体是氧气；

②该装置中只涉及两种形式的能量变化；

③电池正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e-=4OH-；

④P型半导体连接的是电池负极。

上述说法中正确的是（）

A．①②B．①③C．③④D．②④

二、综合题

11．氢氧燃料电池是的介色化学理的新型发电装置,下图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细细的铂粉,吸附气体的能力强，性质稳定，请回答

（1）氢氧燃料电量的转化形式是____,在导线中电了的流动方向为______（用a，b表示）

（2）负极反应式为___________

（3）该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能,因此大量安全储氢是关键技术之一,金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下：

I.2Li+H2=2LiH;II.LiH+H2O=LiOH+H2↑

①反应I中的还原剂是______,反应II中的氧化剂是______

②由LiH与H2O作用,放出224L（标准状况）H2用作电池燃料,若能量转化率为80%,则导线中通过电子的物质的量为____mol;将产生的电能用来电解饱和食盐水,产生的氢气体积（标准状况）为_____L

12．

（1）一定温度下，在容积为VL的密闭容器中进行反应：

aN（g）

bM（g），M、N的物质的量随时间的变化曲线如图所示：

①此反应的化学方程式中a：

b=__________

②t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的平均反应速率为：

_________________ 

③下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是______________ 

A．反应中M与N的物质的量之比为1︰1

B．混合气体的总质量不随时间的变化而变化

C．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化

D．单位时间内每消耗amolN，同时生成bmolM 

E．混合气体的压强不随时间的变化而变化

F．N的质量分数在混合气体中保持不变

（2）如图是某锌锰干电池的基本构造图。

①该干电池的总反应式为2MnO2+Zn+2H2O=2MnO（OH）+Zn（OH）2，该电池的负极是___________，工作时正极的电极反应式是______________________________。

②关于该电池的使用和性能，下列说法正确的是____________

A．该电池属于蓄电池

B．电池工作时OH-向负极移动

C．该电池的电解质溶液是H2SO4溶液

D．该电池用完后可随意丢弃，不需要回收处理

（3）另一种常用的电池锂电池由于比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大而广泛用于心脏起搏器，它的负极材料用金属锂制成，电解质溶液需用非水溶液配制，请用化学方程式表示不能用水溶液的原因_______________________________。

（4）燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的化学能直接转化为电能。

现设计一氢氧燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，采用氢氧化钠溶液为电解液，则氧气应通入_________极（填序号），电解质溶液的pH将____________（填“变大”，“变小”或“不变”）

参考答案

1．C

【解析】

【详解】

A．电解水会消耗大量的电能，故不经济，A说法错误。

B．氢气密度小，发展氢氧燃料电池汽车需要安全高效的储氢技术，B说法错误。

C、氢气的燃烧产物是水，氢燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染，C说法正确；

D、氢氧燃料电池是把化学能转化为电能，D说法错误。

正确答案选C。

2．B

【解析】

【分析】

【详解】

A.氢氧燃料电池工作时，通入燃料氢气的一极（a极）为电池的负极，发生氧化反应，A正确；

B．通入氧气的一极（b极）为电池的正极，发生还原反应，正极反应为：

O2+4e-+2H2O=4OH-，B错误；

C．氢氧燃料电池的电池总反应方程式与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，都是2H2+O2=2H2O，C正确；

D．氢氧燃料电池总反应方程式为2H2+O2=2H2O，电池工作时生成水，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源，D正确；

故合理选项是B。

3．C

【解析】

【详解】

A项，氢氧燃料电池放电时化学能不能全部转化为电能，理论上能量转化率高达85%～90%，A项错误；

B项，反应4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）的ΔS

0，该反应常温下可自发进行，该反应为放热反应，B项错误；

C项，N2与H2的反应为可逆反应，3molH2与1molN2混合反应生成NH3，转移电子数小于6mol，转移电子数小于6

6.02

1023，C项正确；

D项，酶是一类具有催化作用的蛋白质，酶的催化作用具有的特点是：

条件温和、不需加热，具有高度的专一性、高效催化作用，温度越高酶会发生变性，催化活性降低，淀粉水解速率减慢，D项错误；

答案选C。

【点睛】

本题考查燃料电池中能量的转化、化学反应自发性的判断、可逆的氧化还原反应中转移电子数的计算、蛋白质的变性和酶的催化特点。

弄清化学反应中能量的转化、化学反应自发性的判据、可逆反应的特点、蛋白质的性质和酶催化的特点是解题的关键。

4．B

【解析】

【分析】

氢氧燃料电池中，氢气易失电子发生氧化反应，所以通入氢气的电极是负极，氧气易得电子发生还原反应，所以通入氧气的电极是正极，据此分析解答。

【详解】

A、氢氧燃料电池中，氢气易失电子发生氧化反应，所以通入氢气的a极为电源的负极，故A正确；

B、氢氧燃料电池中，通入氧气的b极为原电池的正极，正极上氧气得电子发生还原反应，根据图示，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故B错误；

C、氢氧燃料电池的产物是水，环保无污染，是一种具有应用前景的绿色电源，故C正确；

D、氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏电池内的新型发电装置，故D正确；

故选B。

【点睛】

本题的易错点为B，要注意电解质溶液的酸碱性对电极反应式的影响，正极的电极反应式，碱性溶液中O2+2H2O+4e-=4OH-，酸性溶液中O2+4e--+4H+=2H2O。

5．B

【解析】

【分析】

【详解】

A.没有指明气体所处的温度和压强，无法计算气体的体积，A项错误；

B.电解NaOH溶液，实质是电解水，所以将左边的电解水装置中的水改为NaOH溶液，增大溶液中离子的浓度，增强导电性，B项正确；

C.a电极为阴极，a电极上产生的是氢气，所以d电极发生的电极反应是：

H2-2e-=2H+，C项错误；

D.b电极为阳极，b极上产生的气体Y为氧气，c极上是氧气发生还原反应：

O2+4e-+4H+=2H2O，c极为燃料电池的正极，d极为燃料电池的负极，B池中的H+通过隔膜进入A池，D项错误；

所以答案选择B项。

【点睛】

右侧为氢氧酸性燃料电池，A池为正极室，B极为负极室。

在原电池的内电路中，氢离子作为阳离子应向正极移动，所以氢离子移向A极室。

6．D

【解析】

【详解】

1.8L水的质量为1.8kg，水的物质的量为n=

=

=100mol。

负极：

2H2-4e-+4OH-=4H2O①

正极：

O2+2H2O+4e-=4OH-②

①+②得：

2H2+O2=2H2O；

把水的物质的量代进去有：

答案选D。

7．D

【解析】A．该装置属于原电池，是将化学能转化为电能的装置，故A错误；B．燃料电池中，通入燃料氢气的一极为负极，所以a是负极，故B错误；C．电子从负极沿导线流向正极，a是负极、b是正极，则电子由电极a通过导线流向电极b，故C错误；D．氢氧燃料电池的总反应式为2H2+O2═2H2O，产物是水，对环境无污染，是绿色环保电池，故D正确；答案选D。

8．B

【解析】

【详解】

A.锌锰电池中含有重金属锌和锰，对环境有污染，故A错误；

B氢氧燃料电池生成物为水，无污染，故B正确．

C.镍镉电池中含有重金属镍和镉，对环境有污染，故C错误；

D.铅蓄电池中含有重金属铅，对环境有污染，故D错误；

故选B。

9．C

【解析】

【详解】

氢氧燃料电池中，负极上通入氢气，氢气失电子发生氧化反应，正极上通入氧气，氧气得电子发生还原反应，酸性介质中，负极上氢气失电子生成氢离子,电极反应式为H2-2e-=2H+，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O2+4H++4e+=2H2O；所以符合题意选项为：

C；

所以本题答案：

C。

10．B

【解析】

【详解】

①由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故①正确；

②该装置的能量转换有化学能、电能和光能，故②错误；

③a为负极，发生的电极反应为H2−2e−+2OH−═2H2O，b为正极发生的电极反应为O2+2H2O+4e−═4OH−，故③正确；

④P型半导体连接的是电池正极，故④错误；

故选B。

11．化-电由a到b2H2+4OH--4e-=4H2OLiH2O16179.2L

【解析】

【分析】

（1）根据原电池的定义分析；根据得失电子判断；

（2）根据得失电子写出电极反应式；

（3）根据外界条件对化学反应速率的影响因素分析；

（4）①根据化合价的变化判断；

②根据实际参加反应的氢气以及电极反应式计算．

【详解】

（1）该装置把化学能转变为电能，所以是原电池；发生反应时，氢气失电子，氧气的电子，所以电子的流动方向是由由a到b．

故答案为：

由化学能转变为电能；由a到b；

（2）负极上氢气失电子和氢氧根离子生成水，所以电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O；

故答案为：

2H2+4OH--4e-=4H2O；

（3）①2Li+H2=2LiH该反应中锂失电子发生氧化反应，所以锂是还原剂；LiH+H2O=LiOH+H2↑，该反应中H2O得电子生成氢气，发生还原反应，所以H2O是氧化剂；

故答案为：

Li；H2O；

②由LiH与H2O作用，放出的224L（标准状况）H2用作电池燃料，则H2物质的量为10mol，而实际参加反应的H2为10mol×80%=8mol，1molH2转化成1molH2O，转移2mol电子，所以8molH2可转移16mol的电子；产生的电能用来电解饱和食盐水，生成氢气的物质的量是8mol，产生的氢气体积V=n×Vm=8mol×22.4L/mol=179.2L，

故答案为：

16；179.2L。

12．2︰1

mol·（L·min）-1CEFZn或锌2MnO2+2e-+2H2O=2MnO（OH）+2OH-或MnO2+e-+H2O=MnO（OH）+OH-B2Li+2H2O=2LiOH+H2↑a变小

【解析】

【分析】

（1）①一定温度下，在容积为VL的密闭容器中化学反应中，单位时间，各物质的变化量与系数成正比；

②由图可以求出t1到t2时刻M的物质的量变化量，根据v=

进行计算；

③可逆反应得到平衡后，正逆反应速率相等，各物质浓度保持不变以及由此衍生出的其它物理量进行分析；

（2）①电池负极发生氧化反应，由总反应可知，负极材料是Zn；正极为MnO2发生还原反应；

②根据原电池原理及组成特点，结合极反应进行分析；

（3）金属锂为碱金属，能与水发生反应；

（4）燃料电池工作过程中，通入氧气的电极发生还原反应，为正极；反应过程中有水产生，因此工作过程中NaOH浓度减小，溶液的pH将减小。

【详解】

（1）①参加反应的N的物质的量为8mol−2mol=6mol，生成的M的物质的量是5mol−2mol=3mol；一定温度下，在容积为VL的密闭容器中化学反应中，单位时间，各物质的变化量与系数成正比，所以此反应的化学方程式中a:

b=2:

1，故答案为：

2:

1；

②由图可知，t1到t2时刻M的物质的量变化为4mol−3mol=1mol，

；

③A．平衡时反应混合物各组分的物质的量不变，但各组分的物质的量不一定相等，故A不符合题意；

B．混合气体的总质量始终不变，混合气体总质量不变不能说明到达平衡，故B不符合题意；

C．由于a≠b，随反应进行混合气体总物质的量发生变化，混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化，说明到达平衡，故C符合题意；

D．单位时间内消耗amolN，同时生成bmolM，都表示正反应速率，反应始终按此关系进行，不能说明到达平衡，故D不符合题意；

E．由于a≠b，随反应进行混合气体总物质的量发生变化，混合气体的压强不随时间的变化而变化，说明混合气体总的物质的量再不变，说明反应到达平衡，故E符合题意；

F．N的转化率达到最大，且保持不变，说明可逆反应到达最大限度平衡状态，故F符合题意；

故答案为：

CEF；

（2）①电池负极发生氧化反应，由总反应可知，负极材料是Zn；正极为MnO2发生还原反应，其电极反应式为：

2MnO2+2e-+2H2O=2MnO（OH）+2OH-或MnO2+e-+H2O=MnO（OH）+OH-；

②A．该电池为一次电池，故A错误；

B．电池工作过程中，阴离子向氧化电极移动，OH-向负极移动，故B正确；

C．由电池总反应可知，该电池电解质为碱性，不能为H2SO4溶液，故C错误；

D．该电池中含有重金属元素锰，使用后不能随意丢弃，故D错误；

故答案为：

B；

（3）金属锂为碱金属，能与水发生反应，其反应为：

2Li+2H2O=2LiOH+H2↑，因此不能用水溶液做电解质；

（4）燃料电池工作过程中，通入氧气的电极发生还原反应，为正极，因此氧气应通入电极a；电池的总反应为：

2H2+O2=2H2O，因此工作过程中NaOH浓度减小，溶液的pH将减小。

【点睛】

判断化学平衡状态的方法：

各种“量”不变：

①各物质的质量、物质的量或浓度不变；②各物质的百分含量（物质的量分数、质量分数等）不变；③温度、压强（化学反应方程式两边气体体积不相等）或颜色（某组分有颜色）不变；总之，若物理量由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。