高中化學(xué) 4.2.2 燃料電池練習(xí) 新人教版選修4.doc

1、a燃料電池一、選擇題1.氫氧燃料電池的突出優(yōu)點(diǎn)是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?而不經(jīng)過(guò)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(fù)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(fù)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

2、電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)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(dǎo)電離子是H+。下列對(duì)該燃料電池的描述中正確的是()正極反應(yīng)為:O2+4H+4e-2H2O負(fù)極反應(yīng)為:2H2-4e-4H+總的化學(xué)反應(yīng)為:2H2+O22H2O氫離子通過(guò)電解質(zhì)向正極移動(dòng)A.B.C.D.aa解析:燃料電池中的反應(yīng)不是在點(diǎn)燃的條件下進(jìn)行的,故錯(cuò)。因?yàn)閷?dǎo)電離子是H+,且向正極移動(dòng),所以正極反應(yīng)為O2+4H+4e-2H2O,電子由負(fù)極通過(guò)外電路流向正極。答案:C3.美國(guó)加州Miramar海軍航空站安裝了一臺(tái)250 kW的MCFC型燃料電池,該電池可同時(shí)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

3、熔融的K2CO3。該電池的總反應(yīng)為:2H2+O22H2O,負(fù)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(dāng)電池生成1 mol H2O時(shí),轉(zhuǎn)移4 mol電子C.放電時(shí)C向負(fù)極移動(dòng)D.放電時(shí)C向正極移動(dòng)解析:總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)求得正極反應(yīng)為:O2+4e-+2CO22C,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由總反應(yīng)知每生成1 mol水,轉(zhuǎn)移2 mol電子,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;放電時(shí),C向負(fù)極移動(dòng),C項(xiàng)正確;D項(xiàng)錯(cuò)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)

4、生成水的是()解析:A項(xiàng),正極反應(yīng)生成O2-;B項(xiàng),正極反應(yīng)生成OH-;C項(xiàng),正極反應(yīng)生成H2O;D項(xiàng),正極反應(yīng)生成C。答案:Caa5.固體氧化物燃料電池是由美國(guó)西屋(Westinghouse)公司研制開(kāi)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(guò)。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(fù)極B.有H2放電的b極為電池的正極C.a極對(duì)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(guò),說(shuō)明為非水體系,因此a極反應(yīng)不

5、正確,這種表達(dá)是水溶液中進(jìn)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.(2012四川理綜,11)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀,負(fù)極上的反應(yīng)為:CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.檢測(cè)時(shí),電解質(zhì)溶液中的H+向負(fù)極移動(dòng)B.若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移,則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣C.電池反應(yīng)的化學(xué)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+

6、,故負(fù)極產(chǎn)生的H+應(yīng)向正極移動(dòng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;酸性溶液中,正極電極反應(yīng)為O2+4e-+4H+2H2O,D項(xiàng)錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時(shí),消耗O2 0.1 mol,即標(biāo)準(zhǔn)狀況下為2.24 L,B項(xiàng)錯(cuò)誤;正極反應(yīng)與負(fù)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()aaA.該電池能夠在高溫下工作B.電池的負(fù)極反應(yīng)為:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+C.放電過(guò)程中,H+從正極區(qū)向負(fù)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(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體L解析

7、: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(fù)極,負(fù)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(xiě)H+。不能在左邊加OH-、右邊寫(xiě)H2O),B項(xiàng)正確。正極反應(yīng)為:6O2+24H+24e-12H2O,從兩極反應(yīng)可知:負(fù)極生成H+,正極消耗H+,即通過(guò)質(zhì)子交換膜從負(fù)極到正極傳導(dǎo)H+,選項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體22.4 L,D項(xiàng)錯(cuò)。答案:B8.據(jù)報(bào)道,摩托羅拉公司研制了一種有甲醇和氧氣,以及強(qiáng)堿作電解質(zhì)的手機(jī)

8、電池,電量可達(dá)到鎳氫電池的10倍,有關(guān)此電池的敘述錯(cuò)誤的是()A.溶液中的陽(yáng)離子移向正極B.負(fù)極反應(yīng)式:CH3OH+8OH-6e-C+6H2OC.電池在使用過(guò)程中,電解質(zhì)溶液的c(OH-)不變D.當(dāng)外電路通過(guò)6 mol電子時(shí),理論上消耗1.5 mol O2解析:A項(xiàng),溶液中的陽(yáng)離子移向發(fā)生還原反應(yīng)的一極即正極;B項(xiàng),負(fù)極CH3OH發(fā)生氧化反應(yīng);C項(xiàng),電池在使用過(guò)程中,電解質(zhì)溶液的c(OH-)減少;D項(xiàng),1 mol O2消耗可轉(zhuǎn)移4 mol電子,外電路通過(guò)6 mol e-時(shí),消耗1.5 mol O2。答案:Caa9.一種新型燃料電池,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

9、)的氧化鋯(ZrO2)晶體,在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。下列對(duì)該燃料電池的說(shuō)法中正確的是()A.在熔融電解質(zhì)中O2-由負(fù)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(cuò)。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,

10、B正確。在熔融狀態(tài)下允許O2-在其間通過(guò),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(fù)極,D錯(cuò)。答案:B二、非選擇題10.(1)據(jù)報(bào)道,科研人員新近開(kāi)發(fā)出一種由甲醇和氧氣以及強(qiáng)堿作電解質(zhì)溶液的新型電池,可供手機(jī)連續(xù)使用一個(gè)月。據(jù)此請(qǐng)回答以下問(wèn)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(shuō)來(lái),根據(jù)一個(gè)氧化還原反應(yīng)便可設(shè)計(jì)一個(gè)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(fù)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:(

11、1)負(fù)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O(2)負(fù)正8堿性介質(zhì)如KOH溶液CH4-8e-+10OH-C+7H2O2O2+4H2O+8e-8OH-11.可以將氧化還原反應(yīng)2H2+O22H2O設(shè)計(jì)成原電池。(1)利用氫氣和氧氣、氫氧化鉀溶液構(gòu)成燃料電池,則負(fù)極通的氣體應(yīng)是,正極通的氣體就是,電極反應(yīng)為:正極,負(fù)極。aa(2)如果把KOH改為稀硫酸作電解質(zhì),則電極反應(yīng)為:正極:,負(fù)極:。(3)(1)和(2)的電解質(zhì)溶液不同,反應(yīng)進(jìn)行后,其溶液的pH各有何變化?。(4)如把H2改為甲烷,KOH溶液作電解質(zhì)溶液,則電極反應(yīng)為:正極:,負(fù)極:。解析:(1)根據(jù)電池反應(yīng)可知在反應(yīng)中H2被氧化,O2被還原。H2應(yīng)該在負(fù)極上反應(yīng),O2應(yīng)該在正極上反應(yīng),又因?yàn)槭菈A性溶液不可能有H+參加或生成,故負(fù)極的電極反應(yīng)為2H2+4OH-4e-4H2O,正極的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-。(2)若將電解質(zhì)溶液換為酸性溶液,此時(shí)應(yīng)考慮不可能有OH-參加或生成,故負(fù)極的電極反應(yīng)為2H2-4e-4H+,正極的電極反應(yīng)為O2+4H+4e-2H2O。(3)由于前者在堿性條件下反應(yīng),KOH的量不變,但工作時(shí)H2O增多,故溶液變稀,pH將變小;而后者為酸溶液,H2SO4的量不變,H2O增多,故溶液變稀,pH將變大。(4)如把H2改為甲烷,KOH溶液作電解