（新）2022届考点43 燃料电池（原卷版）.doc

考点43 燃料电池1（2019新课标）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阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+ C正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动2（2016课标）锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH+2H2O=2Zn(OH)。下列说法正确的是（ ）A充电时，电解质溶液中K+向阳极移动B充电时，电解质溶液中逐渐减小C放电时，负极反应为：Zn+4OH-2e=Zn(OH)D放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L（标准状况）3（2015江苏）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CH4H2O3H2CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子B电极A上H2参与的电极反应为：H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO32向电极B移动 D电极B上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO32在中学阶段，掌握燃料电池的工作原理和电极反应式的书写是十分重要的。所有的燃料电池的工作原理都是一样的，其电极反应式的书写也同样是有规律可循的。书写燃料电池电极反应式一般分为三步：第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，再写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。下面对书写燃料电池电极反应式“三步法”具体作一下解释。1、燃料电池总反应方程式的书写因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。2、燃料电池正极反应式的书写因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O24e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情况归纳如下。电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O24H+4e-=2H2O。电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H2O生成OH-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O22H2O +4e-=4OH-。电解质为熔融的碳酸盐（如Li2CO3和Na2CO3熔融盐混和物）在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在， O2-离子可结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O22CO2 +4e-=2CO32-。电解质为固体电解质（如固体氧化锆氧化钇）该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O24e-=2O2-。综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O24e-=2O2-，在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。3、燃料电池负极反应式的书写燃料电池负极反应物种类比较繁多，可为氢气、水煤气、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物质。不同的可燃物有不同的书写方式，要想先写出负极反应式相当困难。一般燃料电池的负极反应式都是采用间接方法书写，即按上述要求先正确写出燃料电池的总反应式和正极反应式，然后在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。1、固体电解质典例1（2018届黑龙江省哈尔滨市第三中学高三第二次模拟考试）已知：2H2S(g)+O2(g) = S2(s)+2H2O(l) H= -632 kJmol-1，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是A 电极a上发生的电极反应式为：H2S - 2e- = S+2H+B 电池工作时，电流从电极b经过负载流向电极aC 电路中每流过1 mol电子，电池内部释放158 kJ的热能D 每11.2 LH2S参与反应，有1 mol H+经固体电解质膜进入正极区2、电解质水溶液典例2（2018届广西北海市高三第一次模拟考试）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，电动机提供推动力，降低汽油的消耗； 在刹车或下坡时。电池处于充电状态。混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示) 为负极。碱液(主要为KOH )为电解质溶液。镍氢电池充放电原理如图所示，其总反应式为H2+2NiOOH2Ni (OH)2以下说法正确的是A 混合动力车上坡或加速时，乙电极为负极B 混合动力车在刹车或下坡时，乙电极的电极反应式为Ni(OH)2+OH-e-=NiOOH+H2OC 混合动力车上坡或加速时，电解质溶液中的OH-向乙电极周围移动D 混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH减小1（云南省玉溪一中2019届高三下学期第五次调研考试）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2。下列说法不正确的是A通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C4H10 26e13O2= 4CO25H2OB在熔融电解质中，O2向负极定向移动C电池的总反应是：2C4H1013O2=8CO210H2OD通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e=2O22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不正确的是（ ）A.该装置将化学能转化为电能B.为了增加灯泡亮度，可以将电极碳棒变得粗糙多孔C.电子迁移方向：电极a灯泡电极b电解质溶液电极aD.该电池的总反应：2H2+O2=2H2O3最近科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示，这是一种正负电极反应均涉及氢气的新型电池，能量效率可达80%。下列说法中不正确的是（ ）A.该装置将化学能转换为电能B.电极c上发生的反应是C.离子交换膜必须是阳离子交换膜，向左室迁移D.可循环使用，基本不需要补充4（山西省长治市第二中学2018-2019学年高一下学期期末考试）美国的丹尼尔·诺切拉博士公布了自己团队研发的“人造树叶”，它可以与燃料电池共同构成一个新的发电装置太阳能燃料电池,工作原理如图所示，下列有关叙述正确的是A.太阳能燃料电池的优点为无论天气如何,均能持续供应电能,并且实现对环境的“零排放”B.图A中塑料薄膜上部的反应为2H+2e-H2C.图B燃料电池工作时的负极反应物为O2D.“人造树叶”上发生的反应为6CO2+6H2OC6H12O6+6O25（安徽省滁州市明光中学2019-2020学年高二上学期开学考试）二甲醚（CH3OCH3）直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚燃料电池电解甲基肼（CH3NHNH2）制氢的装置如图所示，其中X、Y、M、N均为惰性电极。下列说法不正确的是A.M极的电极反应式为CH3NHNH2+12OH-10eCO32-+N2+9H2OB.乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH透过交换膜向M极移动C.若忽略水的消耗与生成，甲中电解质溶液的pH减小，乙中电解质溶液的pH增大D.理论上，标况下当生成6.72 L H2时，消耗CH3OCH3的质量为2.3 g6（福建省莆田第一中学2018-2019学年高二下学期期初考试）一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，其电池反应式为2CH3OH3O24OH2CO32-6H2O，则下列有关说法错误的是（ ）A.放电时CH3OH参与反应的电极为正极B.充电时电解质溶液的pH逐渐增大C.放电时负极的电极反应式为CH3OH6e8OH=CO32-6H2OD.充电时每生成1molCH3OH转移6mol电子7（新疆阿瓦提县多浪乡中学2019届高三毕业班第二次质量检测）近年来，金属空气电池的研究和应用取得很大进步，这种新型燃料电池具有比能量高、污染小、应用场合多等多方面优点。铝空气电池工作原理如图所示。关于金属空气电池的说法不正确的是（ ）A.铝空气电池(如上图)中，铝作负极，电子通过外电路到正极B.为帮助电子与空气中的氧气反应，可使用活性炭作正极材料C.碱性溶液中，负极反应为Al(s)3OH(aq)=Al(OH)3(s)3e，每消耗2.7 g Al(s)，需耗氧6.72 L(标准状况)D.金属空气电池的可持续应用要求是一方面在工作状态下要有足够的氧气供应，另一方面在非工作状态下能够密封防止金属自腐蚀8（广西防城港市2018届高三毕业班3月份模拟考试）微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，左下图为其工作原理，右下图为废水中Cr2O72-离子浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是（ ）A正极反应式是O24H4e=2H2O，Cr2O7214H6e=2Cr37H2OB电池工作时，N极附近溶液pH增大C处理1molCr2O72-时有6molH+从交换膜左侧向右侧迁移DCr2O72-离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活9（湖南省长沙市雅礼中学2019届高三下学期二模）科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如左下图所示，用CuSi合金作硅源，在950下利用三层液熔盐进行电解精炼，并利用某CH4燃料电池(如下图所示)作为电源。下列有关说法不正确的是A电极c与b相连，d与a相连B左侧电解槽中;Si优先于Cu被氧化Ca极的电极反应为CH4-8e+4O2 =CO2+2H2OD相同时间下，通入CH4、O2的体积不同，会影响硅的提纯速率10（山东省威海市2019届高三5月高考模拟考试）一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的原理及部分反应如图所示，下列说法错误的是A该电池将太阳能转变为电能B电池工作时，X极电势低于Y极电势C在电解质溶液中Ru再生的反应为：2Ru+3I-=2Ru+I3-D电路中每通过2mol电子生成3molI-，使溶液中I-浓度不断增加11（山东省临沂市2019届高三5月第三次模拟考试）利用微生物燃料电池进行废水处理，实现碳氮联合转化。其工作原理如下图所示，其中M、N为厌氧微生物电极。下列有关叙述错误的是A负极的电极反应为CH3COO-8e-+2H2O=2CO2+7H+B电池工作时，H+由M极移向N极C相同条件下，M、N两极生成的CO2和N2的体积之比为3：2D好氧微生物反应器中发生的反应为NH4+2O2=NO3-+2H+H2O12（山东省烟台市、菏泽市2019届高三5月高考适应性练习一）已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO2-存在。我国研究的Al-H2O2燃料电池可用于深海资源的勘查、军事侦察等国防科技领域，装置示意图如下。下列说法错误的是A电池工作时，溶液中OH-通过阴离子交换膜向Al极迁移BNi极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-C电池工作结束后，电解质溶液的pH降低DAl电极质量减轻13.5g，电路中通过9.03×1023个电子13（安徽省蚌埠市2019届高三第一次质量监测考试）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4.48LO2B为了增加导电性可以将左边容器中的水改为NaOH溶液Cd极上发生的电极反应是：2H+ +2e=H2Dc极上进行氧化反应，A池中的H+可以通过隔膜进入B14（山东省德州市2019届高三第二次模拟考试）以CH4、O2、熔融Na2CO3组成的燃料电池电解制备N2O5，装置如图所示。下列说法正确的是A石墨1为电池负极，Pt2为电解池阳极B石墨2上的电极反应为：C阳极的电极反应为：N2O4+H2O-2e-=N2O5+2H+D每制得1molN2O5，理论上消耗标况下28L的CH415（东北三省三校（辽宁实验中学、东北师大附中、哈师大附中)2019届高三第二次联合模拟考试）高锰酸钾在化工医药、水处理等很多方面有重要应用，可以用电解法制备，装置如下。直流电源采用乙烷空气的碱性燃料电池。下列说法不正确的是(已知电流效率=×100%)A电源负极的电极反应式为C2H6-14e-+18OH-=2CO32-+12H2OB该离子交换膜为阴离子交换膜Ca极为直流电源的正极D若消耗0.02mo1，产生0.055mol，则16（宁夏银川一中2019届高三第二次模拟考试）探索二氧化碳在海洋中转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。研究表明，溶于海水的二氧化碳主要以无机碳形式存在，其中HCO3-占95%。科学家利用下图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。下列说法不正确的是Aa室中OH-在电极板上被氧化Bb室发生反应的离子方程式为：H+ + HCO3- = CO2 + H2OC电路中每有0.2mol 电子通过时，就有0.2mol阳离子从c室移至b室D若用氢氧燃料电池供电，则电池负极可能发生的反应为：H2 + 2OH- - 2e- =2H2O17（四川省遂宁市2019届高三第三次诊断性考试）微生物燃料电池的一种重要应用就是废水处理中实现碳氮联合转化为CO2和N2，如图所示，1、2为厌氧微生物电极，3为阳离子交换膜，4为好氧微生物反应器。下列有关叙述错误的是（ ）A协同转化总方程式：4CH3COONH4+11O2=8CO2+2N2+14H2OB电极1的电势比电极2上的低C温度越高，装置的转化效率越高D正极的电极反应：2NO3+10e+12H=N2+6H2O18（湖北省龙泉中学、随州一中、天门中学三校2019届高三4月联考）一种酸性燃料电池酒精检测仪如图，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，适合现场酒精检测。下列说法不正确的是A电流由b电极经外电路流向a电极Bb电极发生还原反应CH+从左侧迁移到右侧D该电池的负极反应式为：2CH3CH2OH + O2 -4e- 2CH3COOH + 4H+19（广东省佛山市2018-2019学年普通高中教学质量检测二）沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）A碳棒b的电极反应式为：O2+4e+4H+=2H2OB光照强度对电池的输出功率有影响C外电路的电流方向：碳棒a碳棒bD酸性增强不利于菌落存活，故工作一段时间后，电池效率降低20（陕西省榆林市2019届高三高考模拟第三次测试）一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5，表示，咸水中的主要溶质为NaCl。下列有关说法正确的是Aa为原电池的负极Bb电极附近溶液的pH减小Ca电极反应式为D中间室：Na+移向左室，Cl-移向右室21（安徽省黄山市2019届高三毕业班第二次质量检测）天然气的主要成分为CH4，可将CH4设计成燃料电池，来解决能源问题，装置如图所示。在标准状况下，持续通入甲烷，消耗甲烷VL。下列说法错误的是A当0<V33.6 L时，负极反应式为CH410OH-8e= CO327H2OB正极反应式为O2 +4H+ +4e=2H2OC当V=67.2 L时，电池总反应方程式可写为CH42O2NaOH= NaHCO32H2OD电解质溶液中的Na+向正极移动