2023年高考化學(xué)總復(fù)習(xí)：燃料電池

1014頁2023年高考化學(xué)總復(fù)習(xí)：燃料電池1．〔2023課標(biāo)Ⅰ〕利用生物燃料電池原理爭論室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。以下說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫存，同時(shí)還可供給電能B．陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反響H2+2MV2+2H++2MV+C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，B．陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反響H2+2MV2+2H++2MV+422023課標(biāo)Ⅲ〕?空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，為2Zn+O2+4OH–+2H2O===2Zn(OH)2。以下說法正確的選項(xiàng)是〔 〕4充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中K+向陽極移動充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中c(OH)漸漸減小C．放電時(shí)，負(fù)極反響為：Zn+4OH–-2e–===Zn(OH)24D2mol22.4L〔標(biāo)準(zhǔn)狀況〕3〔2023江蘇〕一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。以下有關(guān)該電池的說法正確的選項(xiàng)是〔 〕4O2點(diǎn)燃 通電 電解 催化劑4O22= 2

H

========3H△

＋CO,1molCH412mol電子電極A上H2參與的電極反響為：H2＋2OH－－2e－=2H2O3電池工作時(shí)，CO2－向電極B移動33電極B上發(fā)生的電極反響為：O2＋2CO2＋4e－=2CO2－3都是一樣的，其電極反響式的書寫也同樣是有規(guī)律可循的。書寫燃料電池電極反響式一般分為三步：第一步，先寫出燃料電池的總反響方程式；其次步，再寫出燃料電池的正極反響式；第三步，在電子守恒的基礎(chǔ)上用燃料電池的總反響式減去正極反響式即得到負(fù)極反響式。下面對書寫燃料電池電極反響式“三步法”具體作一下解釋。1、燃料電池總反響方程式的書寫2 2 2 4 2 2 2 3 2 4 2 3 總反響方程式，但要留意燃料的種類。假設(shè)是氫氧燃料電池，其電池總反響方程式不隨電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性變化而變化，即2H+O=2HO。假設(shè)燃料是含碳元素的可燃物，其電池總反響方程式就與電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)，如甲烷燃料電池在酸性電解質(zhì)中生成CO和HOCH+2O=CO+2HO；在堿性電解質(zhì)中生成CO2-離子和HO，即CH+2OH-+2O=CO2-+3H2 2 2 4 2 2 2 3 2 4 2 3 2、燃料電池正極反響式的書寫式，正極反響的本質(zhì)都是O2得電子生成O2-離子，故正極反響式的根底都是O2＋4e-=2O2-。正極產(chǎn)生O2-離子的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有著親熱的關(guān)系。這是格外重要的一步。現(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的五種狀況歸納如下。⑴電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液〔如稀硫酸〕在酸性環(huán)境中，O2-離子不能單獨(dú)存在，可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O，O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反響式為O＋4H++4e-=2HO。2 2⑵電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液〔如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液〕2 在中性或堿性環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在，O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子，故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反響式為O＋2HO+4e-=4OH-2 2 3 2 ⑶電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽〔如LiCONaCO2 3 2 在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在，O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反響式為O

＋2CO+4e-=2CO

。2 2 3⑷電解質(zhì)為固體電解質(zhì)〔如固體氧化鋯—氧化釔〕2該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過，故其正極反響式應(yīng)為O＋4e-=2O2-。22綜上所述，燃料電池正極反響式本質(zhì)都是O＋4e-=2O2-，在不同電解質(zhì)環(huán)境中，其正極反響式的書寫形式有所不同。因此在書寫正極反響式時(shí)，要特別留意所給電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性。23、燃料電池負(fù)極反響式的書寫燃料電池負(fù)極反響物種類比較繁多，可為氫氣、水煤氣、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物質(zhì)。不同的可燃物有不同的書寫方式，要想先寫出負(fù)極反響式相當(dāng)困難。一般燃料電池的負(fù)極反響式都是承受間接方法書寫，即按上述要求先正確寫出燃料電池的總反響式和正極反響式，然后在電子守恒的根底上用總反應(yīng)式減去正極反響式即得負(fù)極反響式。1、固體電解質(zhì)典例〔2023屆黑龍江省哈爾濱市第三中學(xué)高三其次次模擬考試〕2HS(g)+2(g)=2(s)+2O(l)△H=-632kJmol-1，如圖為質(zhì)子膜H2S燃料電池的示意圖。以下說法正確的選項(xiàng)是電極a上發(fā)生的電極反響式為：H2S-2e-=S+2H+電池工作時(shí)，電流從電極b經(jīng)過負(fù)載流向電極a1mol158kJ的熱能11.2LH2S1molH+經(jīng)固體電解質(zhì)膜進(jìn)入正極區(qū)2、電解質(zhì)水溶液H2+2NiOOH2Ni(OH)2以下說法正確的選項(xiàng)是典例2〔2023屆廣西北海市高三第一次模擬考試〕第三代混合動力車，可以用電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或二者結(jié)合推動車輪。汽車上坡或加速時(shí)，電動機(jī)供給推動力，降低汽油的消耗；在剎車或下坡時(shí)。電池處于充電狀(以MH2+2NiOOH2Ni(OH)2以下說法正確的選項(xiàng)是混合動力車上坡或加速時(shí)，乙電極為負(fù)極混合動力車在剎車或下坡時(shí)，乙電極的電極反響式為Ni(OH)2+OH--e-==NiOOH+H2O混合動力車上坡或加速時(shí)，電解質(zhì)溶液中的OH-向乙電極四周移動混合動力車上坡或加速時(shí)，乙電極四周溶液的pH減小1〔云南省玉溪一中2023屆高三下學(xué)期第五次調(diào)研考試〕一種型燃料電池，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(dǎo)O2－。以下說法．的是ACH10＋26e13===4C252OB．在熔融電解質(zhì)中，O2－向負(fù)極定向移動C．電池的總反響是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2OD．通入空氣的一極是正極，電極反響為：O2＋4e－===2O2－2．氫氧燃料電池可以使用在航天飛機(jī)上，其反響原理示意圖如圖。以下有關(guān)氫氧燃料電池的說法不正確的是〔 〕該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能為了增加燈泡亮度，可以將電極碳棒變得粗糙多孔a→燈泡→b→電解質(zhì)溶液→電極aD.該電池的總反響：2H2+O2=2H2O3．最近科學(xué)家研發(fā)了“全氫電池”，其工作原理如以下圖，這是一種正負(fù)電極反響均涉及氫氣的型電池，能量效率可達(dá)80%。以下說法中不正確的選項(xiàng)是〔 〕該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能電極c上發(fā)生的反響是H-2e+2OH=2HO2 2C.Na+向左室遷移D.H2可循環(huán)使用，根本不需要補(bǔ)充4〔山西省長治市其次中學(xué)2023-2023學(xué)年高一下學(xué)期期末考試·團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“人造樹葉”，它可以與燃料電池共同構(gòu)成一個(gè)的發(fā)電裝置——太陽能燃料電池,工作原理如圖所示，以下有關(guān)表達(dá)正確的選項(xiàng)是A.太陽能燃料電池的優(yōu)點(diǎn)為無論天氣如何,均能持續(xù)供給電能,并且實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的“零排放”B.圖A2H++2e-B.圖A2H++2e-H2↑D.“人造樹葉”6CO2+6H2OC6H12O6+6O25〔安徽省滁州市明光中學(xué)2023-2023學(xué)年高二上學(xué)期開學(xué)考試〕二甲醚COC3〕直接燃料電池具〔CH3—NH—NH2〕制氫的裝置如以下圖，其中X、Y、M、N均為惰性電極。以下說法不正確的選項(xiàng)是3A.M極的電極反響式為CH3—NH—NH2+12OH?-10e? CO2-+N2↑+9H2OB.乙中的交換膜是陰離子交換膜，OH?透過交換膜向M極移動3C.假設(shè)無視水的消耗與生成，甲中電解質(zhì)溶液的pH減小，乙中電解質(zhì)溶液的pH增大D.6.72LH2時(shí)，消耗CH3OCH32.3g液的型手機(jī)電池，其電池反響式為2CH3OH＋3O2＋液的型手機(jī)電池，其電池反響式為2CH3OH＋3O2＋4OH－2CO32-＋6H2O，則以下有關(guān)說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是〔 〕放電時(shí)CH3OH參與反響的電極為正極充電時(shí)電解質(zhì)溶液的pH漸漸增大3 放電時(shí)負(fù)極的電極反響式為CH3OH－6e－＋8OH－=CO2-＋6HOD.1molCH3OH6mol3 7〔疆阿瓦提縣多浪鄉(xiāng)中學(xué)2023屆高三畢業(yè)班其次次質(zhì)量檢測〕—空氣電池工作原理如以下圖。關(guān)于金屬—空氣電池的說法不正確的選項(xiàng)是〔〕A.鋁—空氣電池(如上圖)中，鋁作負(fù)極，電子通過外電路到正極B.為幫助電子與空氣中的氧氣反響，可使用活性炭作正極材料C.堿性溶液中，負(fù)極反響為Al(s)＋3OH－(aq)=Al(OH)3(s)＋3e－2.7gAl(s)6.72L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)D.金屬—態(tài)下能夠密封防止金屬自腐蝕8〔廣西防城港市2023屆高三畢業(yè)班3月份模擬考試〕或得到有價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品，左以以下圖為其工作原理，右以以下圖為廢水中Cr2O72-離子濃度與去除率的關(guān)系。以下說法不正確的選項(xiàng)是〔〕A．正極反響式是O＋4＋4－=2HCrO2－14＋6－=2C37HO2 2 2 7 2電池工作時(shí)，N極四周溶液pH增大71molCr2O7

2-時(shí)有6molH+從交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移Cr2O72-離子濃度較大時(shí)，可能會造成復(fù)原菌失活9〔湖南省長沙市雅禮中學(xué)2023屆高三下學(xué)期二?！臣児柚苽浔惧X。相關(guān)電解槽裝置如左以以下圖所示，用Cu—Si合金作硅源，在950℃下利用三層液熔鹽進(jìn)展電解精煉，并利用某CH4燃料電池(如以以下圖所示)作為電源。以下有關(guān)說法不正確的選項(xiàng)是電極c與b相連，d與a相連左側(cè)電解槽中;Si優(yōu)先于Cu被氧化C．a(chǎn)極的電極反響為CH4-8e—+4O2—===CO2+2H2OD．一樣時(shí)間下，通入CH4、O2的體積不同，會影響硅的提純速率10〔山東省威海市2023屆高三5月高考模擬考試〕(Ru理及局部反響如以下圖，以下說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A．該電池將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷．電池工作時(shí)，X極電勢低于Y極電勢C．在電解質(zhì)溶液中RuⅡ再生的反響為：2RuⅢ+3I-=2RuⅡ+I3-D2mol3molI-，使溶液中I-濃度不斷增加1〔山東省臨沂市2023屆高三5月第三次模擬考試〕合轉(zhuǎn)化。其工作原理如以以下圖所示，其中M、N為厭氧微生物電極。以下有關(guān)表達(dá)錯(cuò)誤的選項(xiàng)是負(fù)極的電極反響為CH3COO-—8e-+2H2O==2CO2↑+7H+電池工作時(shí)，H+M極移向N極4 2 3 一樣條件下，M、N兩極生成的CO2和N2的體積之比為3：2D．好氧微生物反響器中發(fā)生的反響為NH++2O==NO-+2H++H4 2 3 2 2 12〔山東省煙臺市、菏澤市2023屆高三5月高考適應(yīng)性練習(xí)一〕HO-Al-HO下。以下說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是2 2 2 A．電池工作時(shí)，溶液中OH-通過陰離子交換膜向Al極遷移B．Ni極的電極反響式是HO-+2e-+HO=3OH-C．電池工作完畢后，電解質(zhì)溶液的pH2 D．Al13.5g9.03×1023個(gè)電子13〔安徽省蚌埠市2023屆高三第一次質(zhì)量監(jiān)測考試〕〔RFRFCRFC工作原理示意圖，有關(guān)說法正確的選項(xiàng)是〔〕A．當(dāng)有0.8mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，b極產(chǎn)生4.48LO2B．為了增加導(dǎo)電性可以將左邊容器中的水改為NaOH溶液C．d2++2=2D．c極上進(jìn)展氧化反響，A池中的H+可以通過隔膜進(jìn)入B14〔山東省德州市2023屆高三其次次模擬考試〕以C4O、熔融N2C3組成的燃料電池電解制備N2O5，裝置如以下圖。以下說法正確的選項(xiàng)是1為電池負(fù)極，Pt2為電解池陽極2O2

+2CO

-4e-=2CO2-2 3陽極的電極反響為：N2O4+H2O-2e-=N2O5+2H+D1molN2O52．8LCH415〔東北三省三?！?2023屆高三其次次聯(lián)合模擬考試〕—空氣的堿性燃料電池。以下說法不正確的選項(xiàng)是(電流效率η=

生成目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移電子數(shù)轉(zhuǎn)移電子總數(shù)

×100%)6 3 A．電源負(fù)極的電極反響式為C2H-14e-+18OH-=2CO2-+12HOB．該離子交換膜為陰離子交換膜6 3 C．a(chǎn)極為直流電源的正極D0.02mo1O20.055molKMnO4，則η68.75%3216〔寧夏銀川一中2023屆高三其次次模擬考試〕爭論的前沿領(lǐng)域。爭論說明，溶于海水的二氧化碳主要以無機(jī)碳形式存在，其中HCO-占95%。科學(xué)家利用以以下圖所示裝置從海水中提取CO，有利于削減環(huán)境溫室氣體含量。32以下說法不正確的選項(xiàng)是A．a(chǎn)室中OH-在電極板上被氧化B．bH++HCO-=CO↑+O3 2 2C0.2mol0.2mol陽離子從c室移至b室D．假設(shè)用氫氧燃料電池供電，則電池負(fù)極可能發(fā)生的反響為：H2+2OH--2e-=2H2O17〔四川省遂寧市2023屆高三第三次診斷性考試微生物燃料電池的一種重要應(yīng)用就是廢水處理中實(shí)現(xiàn)碳氮聯(lián)合轉(zhuǎn)化為CO2和N2，如以下圖，1、2為厭氧微生物電極，3為陽離子交換膜，4為好氧微生物反響器。以下有關(guān)表達(dá)的是〔〕協(xié)同轉(zhuǎn)化總方程式：4CHCOONH+11O=8CO

+2N+14HO3 4 212上的低溫度越高，裝置的轉(zhuǎn)化效率越高D．正極的電極反響：2NO－+10e－+12H＋=N

2 2 2+6HO3 2 218〔2023屆高三4月聯(lián)考〕如圖，具有自動吹氣流量偵測與把握的功能，適合現(xiàn)場酒精檢測。以下說法．．的是A．電流由b