2019-2020年高中化學 4.2.2燃料電池同步練習（含解析）新人教版選修4一、非標準1.氫氧燃料電池的突出優(yōu)點是把化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?而不經(jīng)過熱能這一中間形式,已用于宇宙飛船及潛艇中,其電極反應(yīng)為:負極:2H2+4OH-4e-4H2O正極:O2+2H2O+4e-4OH-所產(chǎn)生的水還可作為飲用水,今欲得常溫下1 L水,則電池內(nèi)電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量約為() A.8.910-3 molB.4.510-2 molC.1.1102 molD.5.610 mol解析:正負極反應(yīng)合并得:2H2+O22H2O,若轉(zhuǎn)移4 mol電子,則生成2 mol H2O,欲生成1 L水即 mol,轉(zhuǎn)移電子為2 mol1.1102 mol。答案:C2.質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)常作為電動汽車的動力源。該燃料電池以氫氣為燃料,空氣為氧化劑,鉑作催化劑,導電離子是H+。下列對該燃料電池的描述中正確的是()正極反應(yīng)為:O2+4H+4e-2H2O負極反應(yīng)為:2H2-4e-4H+總的化學反應(yīng)為:2H2+O22H2O氫離子通過電解質(zhì)向正極移動A.B.C.D.解析:燃料電池中的反應(yīng)不是在點燃的條件下進行的,故錯。因為導電離子是H+,且向正極移動,所以正極反應(yīng)為O2+4H+4e-2H2O,電子由負極通過外電路流向正極。答案:C3.美國加州Miramar海軍航空站安裝了一臺250 kW的MCFC型燃料電池,該電池可同時供應(yīng)電和水蒸氣,其工作溫度為600700 ,所用燃料為H2,電解質(zhì)為熔融的K2CO3。該電池的總反應(yīng)為2H2+O22H2O,負極反應(yīng)為H2+C-2e-H2O+CO2。則下列推斷中正確的是()A.正極反應(yīng):4OH-4e-2H2O+O2B.當電池生成1 mol H2O時,轉(zhuǎn)移4 mol電子C.放電時C向負極移動D.放電時C向正極移動解析:總反應(yīng)減去負極反應(yīng)求得正極反應(yīng)為:O2+4e-+2CO22C,故A項錯誤;由總反應(yīng)知每生成1 mol水,轉(zhuǎn)移2 mol電子,故B項錯誤;放電時,C向負極移動,C項正確;D項錯誤。答案:C4.有四種燃料電池:A.固體氧化物燃料電池B.堿性氫氧化物燃料電池C.質(zhì)子交換膜燃料電池D.熔融鹽燃料電池,下面是工作原理示意圖,其中正極反應(yīng)生成水的是()解析:A項,正極反應(yīng)生成O2-;B項,正極反應(yīng)生成OH-;C項,正極反應(yīng)生成H2O;D項,正極反應(yīng)生成C。答案:C5.固體氧化物燃料電池是由美國西屋(Westinghouse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì),這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2-)在其間通過。該電池的工作原理如圖所示,其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是()A.有O2放電的a極為電池的負極B.有H2放電的b極為電池的正極C.a極對應(yīng)的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-D.該電池的總反應(yīng)方程式為2H2+O22H2O解析:固體介質(zhì)允許O2-通過,說明為非水體系,因此a極反應(yīng)不正確,這種表達是水溶液中進行的反應(yīng),a極反應(yīng)應(yīng)該是:O2+2e-O2-,b極反應(yīng):H2-2e-2H+,總反應(yīng)方程式是H2+O2H2O。答案:D6.一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀,負極上的反應(yīng)為:CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+。下列有關(guān)說法正確的是()A.檢測時,電解質(zhì)溶液中的H+向負極移動B.若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移,則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣C.電池反應(yīng)的化學方程式為:CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2OD.正極上發(fā)生的反應(yīng)為:O2+4e-+2H2O4OH-解析:結(jié)合題意,該電池總反應(yīng)即是乙醇的氧化反應(yīng),不消耗H+,故負極產(chǎn)生的H+應(yīng)向正極移動,A項錯誤;酸性溶液中,正極電極反應(yīng)為O2+4e-+4H+2H2O,D項錯誤;轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時,消耗O2 0.1 mol,即標準狀況下為2.24 L,B項錯誤;正極反應(yīng)與負極反應(yīng)相加可得電池反應(yīng)為CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O,C正確。答案:C7.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是()A.該電池能夠在高溫下工作B.電池的負極反應(yīng)為:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+C.放電過程中,H+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移D.在電池反應(yīng)中,每消耗1 mol氧氣,理論上能生成標準狀況下CO2氣體 L解析:微生物主要成分是蛋白質(zhì),高溫條件下蛋白質(zhì)失去活性,A不正確。通入燃料C6H12O6的極為負極,負極反應(yīng)為:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+(能放出CO2應(yīng)該是酸性,所以右邊寫H+。不能在左邊加OH-、右邊寫H2O),B項正確。正極反應(yīng)為:6O2+24H+24e-12H2O,從兩極反應(yīng)可知:負極生成H+,正極消耗H+,即通過質(zhì)子交換膜從負極到正極傳導H+,選項C不正確。從總反應(yīng)C6H12O6+6O26CO2+6H2O可知,每消耗1 mol氧氣,理論上能生成標準狀況下CO2氣體22.4 L,D項錯。答案:B8.據(jù)報道,摩托羅拉公司研制了一種有甲醇和氧氣,以及強堿作電解質(zhì)的手機電池,電量可達到鎳氫電池的10倍,有關(guān)此電池的敘述錯誤的是()A.溶液中的陽離子移向正極B.負極反應(yīng)式:CH3OH+8OH-6e-C+6H2OC.電池在使用過程中,電解質(zhì)溶液的c(OH-)不變D.當外電路通過6 mol電子時,理論上消耗1.5 mol O2解析:A項,溶液中的陽離子移向發(fā)生還原反應(yīng)的一極即正極;B項,負極CH3OH發(fā)生氧化反應(yīng);C項,電池在使用過程中,電解質(zhì)溶液的c(OH-)減少;D項,1 mol O2消耗可轉(zhuǎn)移4 mol電子,外電路通過6 mol e-時,消耗1.5 mol O2。答案:C9.一種新型燃料電池,一極通入空氣,另一極通入丁烷氣體;電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導O2-。下列對該燃料電池的說法中正確的是()A.在熔融電解質(zhì)中O2-由負極移向正極B.電池的總反應(yīng)是2C4H10+13O28CO2+10H2OC.通入空氣的一極是正極,電極反應(yīng)為:O2+4e-+2H2O4OH-D.通入丁烷的一極是正極,電極反應(yīng)為:C4H10-26e-+13O2-4CO2+5H2O解析:本題以丁烷燃料電池為載體,綜合考查了原電池原理涉及的有關(guān)“電子流向、電極反應(yīng)、電池總反應(yīng)”等內(nèi)容,因正極上富集電子,根據(jù)電性關(guān)系,O2-不可能移向正極,A錯。由丁烷的燃燒反應(yīng)及電解質(zhì)的特性知該電池的總反應(yīng)為2C4H10+13O28CO2+10H2O,B正確。在熔融狀態(tài)下允許O2-在其間通過,故其正極反應(yīng)式為O2+4e-2O2-,C不正確。通入丁烷的一極應(yīng)為負極,D錯。答案:B10.(1)據(jù)報道,科研人員新近開發(fā)出一種由甲醇和氧氣以及強堿作電解質(zhì)溶液的新型電池,可供手機連續(xù)使用一個月。據(jù)此請回答以下問題:甲醇是極,電極反應(yīng)是。電池反應(yīng)的離子方程式是。(2)一般說來,根據(jù)一個氧化還原反應(yīng)便可設(shè)計一個原電池。例如,某種燃料電池的總反應(yīng)是CH4+2O2+2OH-C+3H2O。在此燃料電池中,通CH4極是極,通O2極是極,每消耗1 mol CH4,轉(zhuǎn)移電子mol,此電池的電解質(zhì)溶液為,負極發(fā)生的電極反應(yīng)是,正極發(fā)生的電極反應(yīng)是。答案:(1)負CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O(2)負正8堿性介質(zhì)如KOH溶液CH4-8e-+10OH-C+7H2O2O2+4H2O+8e-8OH-11.如圖所示,裝置為甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為KOH溶液),通過裝置實現(xiàn)鐵棒上鍍銅。(1)a處應(yīng)通入(填“CH4”或“O2”),b處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是;(2)電鍍結(jié)束后,裝置中溶液的pH(填“變大”“變小”或“不變”,下同),裝置中Cu2+的物質(zhì)的量濃度;(3)電鍍結(jié)束后,裝置溶液中的陰離子除了OH-以外還含有(忽略水解);(4)在此過程中若完全反應(yīng),裝置中陰極質(zhì)量變化12.8 g,則裝置中理論上消耗甲烷 L(標準狀況下)。解析:由于Fe棒上鍍Cu,則Cu棒發(fā)生氧化反應(yīng),作陽極,b電極作正極,a電極作負極,CH4在a處通入,O2在b處通入,由于KOH作電解質(zhì)溶液,則b極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-;電鍍過程中電解質(zhì)溶液不參與電極反應(yīng),各離子濃度均不變;CH4燃料電池中的化學方程式為CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,可得溶液中存在C,再由電子守恒得CH44Cu,則12.8 g Cu的物質(zhì)的量為0.2 mol,消耗CH4為=0.05 mol,在標準狀況下的體積為0.05 mol22.4 Lmol-1=1.12 L。答案:(1)CH4O2+2H2O+4e-4OH-(2)變小不變(3)C(4)1.12