微題型59基于有機物微生物熔融鹽等的燃料電池-2022年新高考一輪復(fù)習(xí)微題型鞏固加練100天

微題型59基于有機物、微生物、熔融鹽等的燃料電池時間：30分鐘1．一種應(yīng)用比較廣泛的甲醇燃料電池，電解液是酸性溶液，其工作原理如圖所示，下列說法正確的是A．Ｍ極為負極，發(fā)生還原反應(yīng)B．N極電極反應(yīng)為O2+4H+4e=2H2OC．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH減小D．若有1molCO2生成，則有6molH+從甲池通過交換膜進入乙池【答案】D【分析】根據(jù)外電路中電子的轉(zhuǎn)移方向可知，M極失去電子，為負極，N極得到電子，為正極，該裝置是乙醇燃料電池，則a為乙醇，b為氧氣，由質(zhì)子交換膜可知反應(yīng)池中為酸性介質(zhì)，則M極的電極反應(yīng)式為CH3CH2OH+3H2O12e=2CO2↑+12H+，N極的電極反應(yīng)式為O2+4H++4e=2H2O，以此解析?！驹斀狻緼．由上述分析可知M極失去電子，為負極，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯誤；B．乙醇在M極失電子轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸迹琈極的電極反應(yīng)式為CH3CH2OH+3H2O12e=2CO2↑+12H+，N極的電極反應(yīng)式為O2+4H++4e=2H2O，B錯誤；C．M極的電極反應(yīng)式為CH3CH2OH+3H2O12e=2CO2↑+12H+，反應(yīng)生成H+，則甲池溶液pH減小，氧氣在N極得電子結(jié)合H+轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，電極反應(yīng)式為O2+4H++4e=2H2O，反應(yīng)消耗H+，則乙池溶液pH增大，C錯誤；D．若有1molCO2生成，由電極反應(yīng)式可知，電路中轉(zhuǎn)移6mol電子，電解質(zhì)溶液中陽離子從負極移向正極，即有6molH+從甲池透過交換膜進入乙池，D正確；故選D。2．鎂燃料電池在可移動電子設(shè)備電源和備用電源等方面應(yīng)用前景廣闊。如圖為“鎂次氯酸鹽”燃料電池原理示意圖，電極為鎂合金和鉑合金。下列說法正確的是A．隨著反應(yīng)的進行，正極區(qū)pH升高B．放電時，F(xiàn)極生成的移動方向與內(nèi)電路電子移動方向相同C．放電時，E極的電勢比F極的高D．每生成1mol，則有1mol氧化【答案】A【詳解】A．隨著反應(yīng)的進行，正極上得電子生成氯離子，則正極的電極反應(yīng)式為，正極區(qū)pH升高，故A正確；B．溶液中不存在電子的移動，故B錯誤；C．正極的電勢比負極的高，E為負極，E極的電勢比F極的低，故C錯誤；D．根據(jù)得失電子守恒，每生成1mol，伴隨著1mol被還原，故D錯誤；選A。3．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．通入葡萄糖的一極為原電池負極，發(fā)生氧化反應(yīng)C．放電過程中，陽離子H+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移D．在電池反應(yīng)中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成CO2氣體L【答案】B【詳解】A．高溫條件下微生物會變性，故該電池不能在高溫下工作，A項錯誤；B．負極是葡萄糖失電子生成二氧化碳，發(fā)生氧化反應(yīng)，B項正確；C．原電池內(nèi)部陽離子應(yīng)向正極移動，C項錯誤；D．消耗1mol氧氣生成1mol二氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積是22.4L，D項錯誤；答案選B。4．利用假單胞菌分解有機物的電化學(xué)原理如圖所示。下列說法正確的是A．該過程將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．電流方向：b電極→用電器→a電極C．負極的電極反應(yīng)式為：X+2e=Y+2H+D．當(dāng)外電路通過4NA電子時，消耗氧氣的體積為22.4L【答案】B【分析】由圖可知，b極氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，作正極，電極反應(yīng)式為O2+4e+4H+=2H2O，則a極為負極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為X2e═Y+2H+，正極區(qū)消耗氫離子，負極區(qū)生成氫離子，氫離子由負極區(qū)透過質(zhì)子交換膜進入正極區(qū)，據(jù)此分析解題?！驹斀狻緼．由圖結(jié)合分析可知，該裝置為原電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，A錯誤；B．由分析可知，該裝置中a電極為負極，b電極為正極，電子由負極a流出，經(jīng)過導(dǎo)線進入b電極，電流方向和電子流向相反，所以電流流向：b電極→用電器→a電極，B正確；C．根據(jù)圖中反應(yīng)過程可知，X到Y(jié)少了2個H，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，有機物X失去失去2個電子生成Y，故負極的電極反應(yīng)式為X2e═Y+2H+，C錯誤；D．由于題干中未告知氣體O2所處的狀態(tài)，故無法計算消耗氧氣的體積，D錯誤；故答案為：B。5．酶生物燃料電池是指直接或間接利用生物酶作為催化劑的一類特殊燃料電池。如圖是固氮酶電池的工作原理圖。下列有關(guān)說法錯誤的是A．介體BV2+/BV+在電極與酶之間傳遞電子B．電池工作時，H+由負極區(qū)向正極區(qū)定向移動C．陽極區(qū)固氮酶催化發(fā)生的反應(yīng)：N2+6BV++6H+=2NH3+6BV2+D．固氮酶電池實現(xiàn)了溫和條件下人工合成氨【答案】C【分析】由題意可知這是一個燃料電池的裝置，中間是質(zhì)子交換膜，質(zhì)子由負極區(qū)移動到正極區(qū)，從裝置圖中可知，右側(cè)BV2+轉(zhuǎn)化為BV+，得電子，故右側(cè)為正極區(qū)，左側(cè)為負極區(qū)。工業(yè)合成氨的條件是高溫高壓催化劑，條件苛刻?！驹斀狻緼．電子介體是一種具有氧化還原功能的小分子物質(zhì)，從原理圖分析二者相互轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)酶和電極之間電子轉(zhuǎn)移，A項正確；B．質(zhì)子由左側(cè)負極區(qū)定向移動到右側(cè)正極區(qū)，B項正確；C．從原理圖分析，右側(cè)電極反應(yīng)：BV2++e=BV+，故右側(cè)為正極區(qū)，C項錯誤；D．酶在常溫條件下催化合成氨氣，不需要高溫高壓等條件，D項正確。答案選C。6．一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料、氧氣為氧化劑、某固體氧化物為電解質(zhì)的新型燃料電池的工作原理如圖所示。在700~900℃時，O2可在該固體氧化物電解質(zhì)中自由移動。生成物為無毒無害的物質(zhì)。下列說法正確的是A．該裝置將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．甲電極上N2H4失去電子C．電池內(nèi)的O2由電極甲移向電極乙 D．電池總反應(yīng)為：N2H4+2O2=2NO+2H2O【答案】B【分析】該燃料電池中，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)物為無毒無害物質(zhì)，則電極反應(yīng)式為：N2H4+2O24e=N2↑+2H2O，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O2+4e=2O2，電池總反應(yīng)為：N2H4+O2=N2↑+2H2O，結(jié)合離子的移動方向、電流的方向分析解答?！驹斀狻緼．該裝置為燃料電池，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤；B．由圖示知，甲電極反應(yīng)為：N2H4+2O24e=N2↑+2H2O，N2H4失去電子，故B正確；C．根據(jù)上述分析，電池內(nèi)的O2由電極乙移向電極甲，故C錯誤；D．根據(jù)上述分析，電池總反應(yīng)為：N2H4+O2=N2↑+2H2O，故D錯誤；故選：B。7．HCOOH燃料電池的裝置如圖所示，M、N表示電極，兩電極區(qū)間用允許K+、H+通過的半透膜隔開。下列說法正確的是

A．M電極反應(yīng)式為：HCOO+2OH2e=HCO+H2OB．在電池工作時，每生成1molHCO，將會有1molK+通過半透膜移向右側(cè)C．圖中所示需要補充的A物質(zhì)為KOHD．電子的流動方向為：N→用電器→M【答案】A【分析】HCOOH燃料電池是原電池裝置，原電池工作時，負極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，根據(jù)圖示中各電極上物質(zhì)的變化，負極上HCOO被氧化為HCO，電極反應(yīng)式為HCOO+2OH2e=HCO+H2O。根據(jù)圖示，加入A發(fā)生的離子反應(yīng)為4Fe2++4H++O2=Fe3++2H2O，消耗H+，K2SO4從裝置中流出，故放電過程中加入的物質(zhì)A為H2SO4。該燃料電池的正極Fe2+和Fe3+存在著循環(huán)，正極上本質(zhì)是O2得到電子，故燃料電池的總反應(yīng)本質(zhì)是HCOOH和O2反應(yīng)生成HCO，結(jié)合原子守恒和電荷守恒，配平離子方程式為2HCOOH+2OH+O2=2HCO+2H2O?！驹斀狻緼．由以上分析知，M電極為負極，反應(yīng)式為：HCOO+2OH2e=HCO+H2O，故A正確；B．負極反應(yīng)式為HCOO+2OH2e=HCO+H2O，根據(jù)溶液呈電中性知，在電池工作時，每生成1molHCO，將會有2molK+通過半透膜移向右側(cè)，故B錯誤；C．由以上分析知，圖中所示需要補充的A物質(zhì)為H2SO4，故C錯誤；D．原電池中電子從負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，故電子的流動方向為：M→用電器→N，故D錯誤；故選A。8．下圖為氫氧原料電池工作原理裝置示意圖，有關(guān)說法錯誤的是

A．該裝置能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．a(chǎn)、b電極材料不參與電極反應(yīng)C．a(chǎn)電極為正極，電極反應(yīng)式為H2－2e－＝2H＋D．電池總反應(yīng)為：2H2＋O2＝2H2O【答案】C【詳解】A．氫氧原料電池，是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故A正確；B．氫氧原料電池是氫氣和氧氣在原電池中參與反應(yīng)，因此a、b電極材料不參與電極反應(yīng)，故B正確；C．電極反應(yīng)式為H2－2e－＝2H＋，因此a電極為負極，故C錯誤；D．根據(jù)氫氧原料電池得到電池總反應(yīng)為：2H2＋O2＝2H2O，故D正確。綜上所述，答案為C。9．天然氣報警器的核心是氣體傳感器，當(dāng)空間內(nèi)甲烷達到一定濃度時，傳感器隨之產(chǎn)生電信號并聯(lián)動報警，工作原理如圖所示，其中可以在固體電解質(zhì)中移動。當(dāng)報警器觸發(fā)工作時，下列說法正確的是A．多孔電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．在電解質(zhì)中向電極移動C．多孔電極極的電極反應(yīng)式為D．當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷在多孔電極完全反應(yīng)時，流入傳感控制器電路的電子有【答案】A【分析】由圖可知，氣體傳感器為燃料電池裝置，通入空氣的多孔電極極為燃料電池的正極，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氧離子，電極反應(yīng)式為O2+2e—=O2—，通入甲烷的多孔電極為負極，在氧離子作用下，甲烷失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CH4—8e—+4O2—=CO2+2H2O?！驹斀狻緼．由分析可知，通入甲烷的多孔電極為負極，在氧離子作用下，甲烷失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水，故A正確；B．電池工作時，陰離子氧離子向負極移動，則氧離子在電解質(zhì)中向電極a移動，故B錯誤；C．由分析可知，通入空氣的多孔電極極為燃料電池的正極，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氧離子，電極反應(yīng)式為O2+2e—=O2—，故C錯誤；D．由分析可知，通入甲烷的多孔電極為負極，在氧離子作用下，甲烷失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為CH4—8e—+4O2—=CO2+2H2O，則當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷在多孔電極完全反應(yīng)時，流入傳感控制器電路的電子有×8=0.02mol，故D錯誤；故選A。10．熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)(熔融堿金屬碳酸鹽)隔膜、多孔金屬Ni陽極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。工作時，該電池的陰極(正極)反應(yīng)為O2+2CO2+4e=2CO，下列有關(guān)說法中錯誤的是A．該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應(yīng)速率B．該類電池的H2不能用CO、CH4等替代C．該電池工作時，要避免H2、O2的接觸D．放電時，陽極(負極)反應(yīng)式為2H2+2CO4e=2CO2+2H2O【答案】B【分析】該燃料電池中，通入燃料氫氣的電極是負極，通入氧化劑氧氣的電極是正極，負極反應(yīng)式為H22e+CO=CO2+H2O，正極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e═2CO，放電時，電解質(zhì)中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動?！驹斀狻緼．升高溫度能加快反應(yīng)速率，該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應(yīng)速率，故A正確；B．還原性物質(zhì)在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，該類電池的H2可以用CO、CH4等替代，故B錯誤；C．H2、O2混合物在一定條件下可能發(fā)生爆炸，該電池工作時，要避免H2、O2的接觸，防止爆炸，產(chǎn)生安全事故，故C正確；D．放電時，氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極(負極)反應(yīng)式為2H2+2CO4e=2CO2+2H2O，故D正確；故選B。11．按要求完成下列問題。（1）微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示：①HS在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為的電極反應(yīng)式是_______。②若維持該微生物電池中兩種細菌的存在，則電池可以持續(xù)供電，原因是_______。（2）PbSO4熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。①放電過程中，Li+向_______(填“負極”或“正極”)移動。②負極反應(yīng)式為_______。③電路中每轉(zhuǎn)移0.2mol電子，理論上生成_______gPb。（3）氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿?。氨氧燃料電池工作原理如下圖所示。①a電極的電極反應(yīng)式是_______；②一段時間后，需向裝置中補充KOH，請依據(jù)反應(yīng)原理解釋原因是_______。【答案】（1）HS+4H2O8e=+9H+HS、濃度不會發(fā)生變化，只要有兩種細菌存在，就會循環(huán)把有機物氧化成CO2放出電子（2）正極Ca+2Cl2e=CaCl220.7（3）2NH36e+6OH=N2+6H2O發(fā)生反應(yīng)4NH3+3O2=2N2+6H2O，有水生成，使得溶液逐漸變稀，為了維持堿的濃度不變，所以要補充KOH【分析】（1）①酸性環(huán)境中反應(yīng)物為HS，產(chǎn)物為，利用質(zhì)量守恒和電荷守恒進行配平，電極反應(yīng)式：HS+4H2O8e=+9H+，答案為：HS+4H2O8e=+9H+；②從質(zhì)量守恒角度來說，HS、SO濃度不會發(fā)生變化，只要有兩種細菌存在，就會循環(huán)把有機物氧化成CO2放出電子，答案為：HS、濃度不會發(fā)生變化，只要有兩種細菌存在，就會循環(huán)把有機物氧化成CO2放出電子；（2）①放電過程中，Li+向正極移動，答案為：正極；②原電池的鈣電極為負極，負極反應(yīng)式為Ca+2Cl2e=CaCl2，答案為：Ca+2Cl2e=CaCl2；③根據(jù)方程式，電路中每轉(zhuǎn)移0.2mol電子，生成0.1molPb，即20.7gPb，答案為：20.7；（3）①a電極是通入NH3的電極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該電極作負極，電極反應(yīng)式是2NH36e+6OH=N2+6H2O，答案為：2NH36e+6OH=N2+6H2O；②一段時間后，需向裝置中補充KOH，原因是發(fā)生反應(yīng)4NH3+3O2=2N2+6H2O，有水生成，使得溶液逐漸變稀，為了維持堿的濃度不變，所以要補充KOH，答案為：發(fā)生反應(yīng)4NH3+3O2=2N2+6H2O，有水生成，使得溶液逐漸變稀，為了維持堿的濃度不變，所以要補充KOH。12．請回答下列問題。（1）肼—空氣燃料電池是一種堿性電池，無污染，能量高，有廣泛的應(yīng)用前景，其工作原理如圖所示，回答下列問題：①該燃料電池中正極通入的物質(zhì)是___________，負極發(fā)生的反應(yīng)式為___________。②電池工作時，OH移向極___________(填“a”或“b”)。③當(dāng)