高考化学考点42非水燃料电池必刷题.docx

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高考化学考点42非水燃料电池必刷题

考点四十二非水燃料电池

1．锂-空气电池原理模型如图所示，下列说法不正确的是

A．电池正极可以吸附空气中氧气作为氧化剂

B．正极反应为2Li++O2+2e-

Li2O2

C．电解质能传递锂离子和电子，不可以用水溶液

D．负极反应Li-e-=Li+

【答案】C

2．有报道称以硼氢化钠（NaBH4，强还原剂）和H2O2作原料的燃料电池，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如右图所示。

下列说法错误的是（）

A．电极b作正极，发生还原反应

B．该电池的负极反应为：

BH4－＋8OH－－8e－＝BO2－＋6H2O

C．每消耗3molH2O2，转移的电子为3mol

D．不考虑能量损耗，当有1molH2O2参加反应时，即有2molNa+从a极区移向b极区

【答案】C

3．一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CH4+H2O

3H2+CO，每消耗1molCH4转移8mol电子

B．电池工作时，CO32-向电极A移动

C．电极A上只有H2参与电极反应，反应式为H2+2OH--2e-=2H2O

D．电极B上发生的电极反应为O2+4e-=2O2-

【答案】B

【解析】A．CH4→CO，化合价由-4价→+2价，上升6价，则1molCH4参加反应共转移6mol电子，A错误；B．通氧气的一极为正极，则B为正极，A为负极，原电池中阴离子向负极移动，A为负极，所以CO32-向电极A移动，B正确；C．通氧气的一极为正极，则B为正极，A为负极，负极上CO和H2被氧化生成二氧化碳和水，电极A反应为：

H2+CO+2CO32--4e-=H2O+3CO2，C错误；D．B电极上氧气得电子发生还原反应O2+2CO2+4e-＝2CO32-，D错误。

4．“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，下图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。

有关说法正确的是

A．电极b为电池的负极

B．电池反应为：

C+CO2=2CO

C．电子由电极a沿导线流向b

D．煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低

【答案】C

5．如图所示是一种以液态肼（N2H4）为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。

该固体氧化物电解质的工作温度高达700-900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。

下列说法正确的是

A．电池内的O2-由电极乙移向电极甲

B．电池总反应为N2H4+2O2=2NO+2H2O

C．当甲电极上有lmolN2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应

D．电池外电路的电子由电极乙移向电极甲

【答案】A

【解析】A、在原电池内部，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2-由电极乙移向电极甲，故A正确；B、电池的总反应为N2H4+O2=N2+2H2O，故B错误；C、当甲电极上有lmolN2H4消耗时，转移4mol电子，根据电子转移守恒，则乙电极上有lmolO2参与反应，在标准状况下O2的体积为22.4L，但题目没有指明条件，故C错误；D、在外电路中，电子由负极（甲）移向正极（乙），故D错误。

6．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见如图。

下列说法正确的是（）

A．此电池在常温时也能工作B．正极电极反应式为：

O2+2CO2-4e﹣=2CO32﹣

C．CO32﹣向正极移动D．a为CH4，b为O2

【答案】D

7．以柏林绿Fe[Fe（CN）6]为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。

下列说法错误的是

A．放电时，正极反应为Fe[Fe（CN）6]＋2Na+＋2e－＝Na2Fe[Fe（CN）6]

B．充电时，Mo（钼）箔接电源的负极

C．充电时，Na+通过交换膜从左室移向右室

D．外电路中通过0.2mol电子的电量时，负极质量变化为2.4g

【答案】B

【解析】A、根据工作原理，Mg作负极，Mo作正极，正极反应式为Fe[Fe（CN）6]+2Na++2e－=Na2Fe[Fe（CN）6]，故A正确；B、充电时，电池的负极接电源的负极，电池的正极接电源的正极，即Mo箔接电源的正极，故B说法错误；C、充电时，属于电解，根据电解原理，Na＋应从左室移向右室，故C说法正确；D、负极上应是2Mg－4e－＋2Cl－=[Mg2Cl2]2＋，通过0.2mol电子时，消耗0.1molMg，质量减少2.4g，故D说法正确。

8．如图是NO2和O2形成的原电池装置。

下列说法不正确的是

A．石墨Ⅱ做正极,O2发生还原反应

B．该电池放电时NO3-从右侧向左侧迁移

C．当消耗1molNO2时，电解质中转移1mole

D．石墨Ⅰ附近发生的反应为NO2+NO3--e-=N2O5

【答案】C

9．新华网报道，我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。

科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收利用并获得能量，原理如图所示。

下列说法正确的是（）

A．电极b为电池负极

B．电极a上的电极反应：

2H2S+2O2--4e-=S2+2H2O

C．电极b上的电极反应：

O2+4e-+4H+=2H2O

D．电路中每流过4mol电子，正极消耗44.8LH2S

【答案】B

10．钠-氯化镍电池以β-Al2O3（Al2O3•xNa2O）作为固体电解质构成的一种新型电池（2Na+NiCl2

Ni+2NaCl）,其结构如图所示。

下列关于该电池的叙述错误的是

A．放电时NaCl在熔融电解质中生成

B．充电时阴极反应:

Na++e-═Na

C．氯离子通过β-Al2O3（s）在两电极间移动

D．如果电池过度放电,AlCl4-可能被还原

【答案】C

【解析】钠离子向正极移动、氯离子向负极移动，所以放电时NaCl在熔融电解质中生成，故A正确；阴极发生还原反应，充电时阴极反应:

Na++e-═Na，故B正确；氯离子通过β-Al2O3（s）向负极移动，故C错误；如果电池过度放电,AlCl4-可能被还原为Al，故D正确。

11．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe（OH）3胶体，Fe（OH）3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，其原理如图所示。

下列说法正确的是

A．石墨电极上发生氧化反应B．通甲烷的电极反应式：

CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O

C．通空气的电极反应式为O2+4e-=2O2-D．甲烷燃料电池中CO32-向空气一极移动

【答案】B

【解析】A、根据甲烷燃烧时化合价的变化情况，可知甲烷中的C元素化合价升高，失去电子，甲烷在负极发生氧化反应，与之相连接的石墨为阴极，发生还原反应，所以A错误；B、以熔融的碳酸盐为电解质，则通甲烷的负极反应为CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，所以B正确；C、由装置图所含信息可知，通空气的正极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-，所以C错误；D、在电池内部，阴离子向负极移动，所以甲烷燃料电池中CO32-向通甲烷的负极移动，故D错误。

12．利用“Na－CO2”电池将CO2变废为宝。

我国科研人员研制出的可充电“Na－CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管（MWCNT）为电极材料，放电反应方程式为4Na＋3CO2＝2Na2CO3＋C。

放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图3所示，下列说法中错误的是（）

A．电流流向为：

MWCNT→导线→钠箔

B．放电时，正极的电极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－=2Na2CO3＋C

C．原两电极质量相等，若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2mole－时，两极的质量差为11.2g

D．选用髙氯酸钠-四甘醇二甲醚做电解液的优点是导电性好，与金属钠不反应，难挥发

【答案】C

13．一种Cu-Li可充电电池的工作原理如图所示，其中非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片（LISICON）隔开。

下列说法正确的是（）

A．陶瓷片允许水分子通过

B．电池放电时，N极发生氧化反应

C．电池充电时，阴极反应为Li++e-=Li

D．电池充电时，接线柱B应与外接直流电源的负极相连

【答案】C

14．熔融碳酸盐燃料电池（MolenCathomaleFuelCell）简称MCFC，具有高发电效率。

工作原理示意图如图。

下列说法正确的是

A．电极M为负极，K+、Na+移向M

B．电池工作时，熔融盐中CO32-物质的量增大

C．A为CO2，正极的电极反应为：

O2+4e-+2CO2=2CO32-

D．若用MCFC给铅蓄电池充电，电极N接Pb极

【答案】C

15．锌-铈液流电池体系作为氧化还原液流电池中的新生一代,有着诸多的优势，如开路电位高、污染小等。

锌-铈液流电池放电时的工作原理如图所示,其中，电极为惰性材料,不参与电极反应。

下列有关说法正确的是

A．放电时，电池的总反应式为2Ce4++Zn=Zn2++2Ce3+

B．充电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应

C．充电时,当电路中通过0.1mol电子时,b极增加14g

D．选择性离子膜为阴离子交换膜，能阻止阳离子通过

【答案】A

【解析】A.放电时，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为2Ce4++2e-=2Ce3+，故电池的总反应式为2Ce4++Zn=Zn2++2Ce3+，故A正确；B.充电时，a极为阴极，发生含有反应，b极为阳极，发生氧化反应，故B错误；C.充电时，当电路中通过0.1mol电子时，b极生成了0.1molCe4+，Ce4+不在b极上析出，故C错误；D.充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，加入的H+起平衡电荷的作用，故为质子交换膜，故D错误；故选A。

16．某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5分钟，通话2小时。

一种石墨烯锂硫电池（2Li+S8=Li2S8）工作原理示意图如图。

下列有关该电池说法不正确的是

A．金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料

B．充电时A电极为阴极，发生还原反应

C．充电时B电极的反应:

Li2S8-2e-=2Li++S8

D．手机使用时电子从A电极经过手机电路版流向B电极，再经过电池电解质流回A电极

【答案】D

17．某科研机构以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池另一极为金属锂和石墨的复合材料，电解质只传导锂离子，通过在宝温条件下对锂离于电池进行循环充放电，成功实现了对磁性的可逆调控（见图）。

下列说法正确的是

A．电解质可以用Li2SO4溶液

B．充电时，Fe作为阴极，电池不被磁铁吸引

C．放电时，正极反应为Fe2O3+6Li++6e-==2Fe+3Li2O

D．充电时，阴极反应为:

Li2O+2e-==2Li+O2-

【答案】C

【解析】A.电极锂是活泼金属能与水反应，故电解质不可以用Li2SO4溶液，选项A错误；B.充电时，Fe作为阳极，电池被磁铁吸引，失电子后产生氧化铁不被磁铁吸引而断开，选项B错误；C.放电时，正极Fe2O3得电子产生铁，反应为Fe2O3+6Li++6e-==2Fe+3Li2O，选项C正确；D.充电时，阴极反应为:

３Li2O+２Fe３＋＋６e-==６Li+Fe2O3，选项D错误。

18．以熔融Na2CO3为电解质，H2和CO混合气为燃料的电池原理如图所示。

下列说法正确的是（）

A．b是电池的负极

B．该电池使用过程中需补充Na2CO3

C．a、b两级消耗气体的物质的量之比为2:

1

D．电极a上每消耗22.4L原料气体，电池中转移电子数约为2NA

【答案】C

19．2009年，美国麻省理工学院的唐纳德·撒多维教授领导的小组研制出一种镁一锑液态金属储能电池。

该电池工作温度为700摄氏度，其工作原理如图所示:

该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，充放电时中间层熔融盐的组成及浓度不变。

下列说法正确的是

A．该电池放电时，正极反应式为Mg2+-2e-=Mg

B．该电池放电时，Mg（液）层生成MgCl2，质量变大

C．该电池充电时，Mg-Sb（液）层中Mg发生氧化反应

D．该电池充电时，熔融盐中的Cl-进入Mg-Sb（液）层

【答案】C

【解析】试题分析：

由图中电子的流向可知，Mg为负极。

因为是储能电池，所以该电池可以放电也可以由此充电。

放电时镁被氧化为镁离子，所以充电时，镁离子被还原为镁。

A.该电池放电时，正极反应式为Mg2++2e-=Mg，A不正确；B.该电池放电时，Mg（液）层生成Mg2+进入熔融盐中，质量变小，B不正确；C.该电池充电时，Mg-Sb（液）层中Mg发生氧化反应，C正确；D.该电池充电时，熔融盐中的Cl-不进入Mg-Sb（液）层，而是Mg2+进入熔融盐中，D不正确。

20．锂一铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。

该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li++2OH-，下列说法不正确的是

A．该电池负极不能用水溶液作为电解质

B．放电时，Li+透过固体电解质向Cu极移动

C．通空气时铜被腐蚀，表面产生Cu2O

D．放电时，正极的电极反应式为：

O2+2H2O+4e-═4OH-

【答案】D

21．已知：

2H2S（g）+O2（g）=S2（s）+2H2O（l）△H=-632kJ•mol-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a

C．电路中每流过1mol电子，电池内部释放158kJ的热能

D．每11.2LH2S参与反应，有1molH+经固体电解质膜进入正极区

【答案】B

22．

（1）地下钢管连接镁块是金属防腐措施中的________________________法。

（2）铅及其化合物可用于蓄电池，耐酸设备及X射线防护材料等。

回答下列问题：

①铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。

铅在元素周期表的位置为_______________________；铅的最高价氧化物对应水化物的酸性比碳酸的_______（填“强”或“弱”）。

②PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为___________________________。

③铅蓄电池放电时的正极反应式为__________________________________________，当电路中有2mol电子转移时，理论上两电极质量变化的差为_______g。

（3）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见下图，石墨Ⅰ为电池的________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为__________________。

【答案】牺牲阳极的阴极保护法第六周期第IVA族弱PbO2+4HCl（浓）=PbCl2+Cl2↑+2H2OPbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O32负NO2–e-+NO3-=N2O5

23．消除氮氧化物（主要为NO和NO2）污染是“蓝天计划”的重要内容之一。

（1）甲烷还原方法是在催化剂作用下可消除氮氧化物（主要为NO和NO2）污染，NO、O2和CH4的混合物反应体系主要发生如下反应：

2NO（g）+O2（g）

2NO2（g）ΔH＝－113.0kJ•mol-1①

CH4（g）+2O2（g）

CO2（g）+2H2O（g）ΔH＝－802.3kJ•mol-1②

CH4（g）+4NO（g）

2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）ΔH＝－1160kJ•mol-1③

①则反应CH4（g）+2NO2（g）

N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）的ΔH＝______。

②反应CH4（g）+2O2（g）

CO2（g）+2H2O（l）ΔH＝－akJ•mol-1，则a____802.3（填“＞”、“＜”或“＝”）。

③在一定温度下，提高反应③中NO转化率可采取的措施是_____。

（2）利用电化学装置可消除氮氧化物污染，变废为宝。

①图Ⅰ装置实现的能量转化形式是_____。

石墨Ⅱ电极上发生的电极反应方程式为_____。

相同条件下，放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为_____。

②图Ⅱ为电解NO制备NH4NO3的装置。

该装置中阳极的电极反应式为_____。

“反应室”中发生反应的离子方程式为_____。

【答案】-868.15kJ·mol-1>增大CH4浓度或移走生成物化学能转化为电能O2+4e－+2N2O5＝4NO3－4:

1NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+NH3+H+＝NH4+

因此，本题正确答案为：

-868.15kJ·mol-1；>；增大CH4浓度或移走生成物；

（2）图Ⅰ装置为燃料电池，化学能转化为电能，负极上通入NO2，正极上通入O2，根据电解质知，负极电极反应式为NO2-e-+NO3-═N2O5，石墨Ⅱ电极为正极，电极反应式为O2+2N2O5+4e-═4NO3-，放电过程中两电极电子守恒，由两电极反应式可知：

消耗的NO2和O2的体积比为4:

1；

图Ⅱ为电解装置。

阳极发生氧化反应，电极反应式为NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+。

阴极发生还原反应，电极反应式为NO+5e－+6H+＝NH4++H2O，“反应室”中发生反应的离子方程式为NH3+H+＝NH4+。

因此，本题正确答案为：

化学能转化为电能；O2+4e－+2N2O5＝4NO3－；4:

1；NO－3e－+2H2O＝NO3－+4H+；NH3+H+＝NH4+。

24．研究大气中含硫化合物（主要是H2S和SO2）的转化具有重要意义。

（1）H2S资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。

①电极a为电池的_______极，电极b上发生的电极反应为：

______________________。

②每17gH2S参与反应，有_____molH+经质子膜进入_____极区。

（2）低浓度SO2废气的处理是工业难题，目前常用的方法如下：

①Na2SO3溶液吸收SO2的化学方程式是____________________________________。

②如果用含等物质的量溶质的下列各溶液分别吸收SO2，则理论吸收量最多的是（____）

A．Na2SO3B．Na2SC．Ba（NO3）2D．酸性KMnO4

【答案】负O2+4H++4e－=2H2O1正Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3c

【解析】分析：

（1）根据2H2S（g）+O2（g）═S2（s）+2H2O反应，得出负极H2S失电子发生氧化反应，正极O2得电子发生还原反应，据此分析解答；

（2）①依据PH和离子积常数计算溶液中氢氧根离子浓度结合钠离子浓度计算比值；②依据溶液中质子守恒分析书写离子浓度关系。

25．汽车尾气中含有CO、NO等有害气体。

（1）汽车尾气中NO生成过程的能量变化示意图如下：

该条件下，1molN2和1molO2完全反应生成NO，会_______________（填“吸收”或“放出”）________kJ能量。

（2）通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如下图所示：

①NiO电极上发生的是_______________反应（填“氧化”或“还原”）。

②外电路中，电子的流动方向是从_______电极流向______电极（填“NiO”或“Pt”）；Pt电极上的电极反应式为_______________。

（3）一种新型催化剂能使NO和CO发生反应：

2NO＋2CO

2CO2＋N2。

已知增大催化剂的比表面积可提高该反应速率。

为了验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中。

实验

编号

t（℃）

NO初始浓度

（mol/L）

CO初始浓度

（mol/L）

催化剂的比表面积（m2/g）

Ⅰ

280

1.20×10－3

5.80×10－3

82

Ⅱ

280

1.20×10－3

B

124

Ⅲ

350

A

5.80×10－3

82

①请把表中数据补充完整：

A_______________；B_______________。

②能验证温度对化学反应速率影响规律的是实验_______________（填实验序号）。

③实验Ⅰ和实验Ⅱ中，NO的物质的量浓度c（NO）随时间t的变化曲线如下图所示，其中表示实验Ⅱ的是曲线_________（填“甲”或“乙”）。

【答案】吸收183氧化NiOPtO2＋4e－＝2O2－1.20×10－35.80×10－3实验Ⅰ和实验Ⅲ乙

动无影响，则平衡不移动，但Ⅱ的速率大，则Ⅱ先达到化学平衡，其中表示实验Ⅱ的是曲线乙。

26．请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

（1）工业上可利用CO或CO2来制备清洁液体燃料甲醇。

已知:

800℃时

反应①:

2H2（g）+CO（g）

CH3OH（g）△H=-90.8kJ/mol

反应②:

H2（g）+CO2（g）

H2O（g）+CO（g）△H=+41.2kJ/mol

（1）写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式___________________________________。

（2）对于反应①，在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:

2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示。

据此判断

①压强P1_____P2（填“>”“<”或“=”，下同）

②平衡常数K（状态C）_____K（状态D）

③反应速率:

V逆（状态A）_____V逆（状态B）

（3）对于反应②，在体积一定的密闭容器中加入一定量的H2和CO。

进行反应。

下列说法正确的是______。

A．若该反应在恒容，绝热的容器中进行，当容器中压强保持不变时表明反应达到平衡状态

B．该反应达到平衡时，向平衡体系中充入一定量的氦气，平衡可能发生移动

C．恒温恒容条件下，若改变反应物的投入量，△H的值不发生变化

D．恒温恒容条件下，若投入气体的总量保持不变，设起始投料比[n（H2）/n（CO2）]=X，当X=2或1/2时，H2O的体积分数不变。

（4）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O（g）转化为CH4和O2。

紫外线照射时，在不同催化剂（I、II、III）作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图2所示，在0-15h内，对反应催化效果最好的催化剂是____________（填序号）。

（5）一种新利CO燃料电池工作原理如上图3所示，该电池负极电极反应式为_