2019届高考化学考点41燃料电池必刷题.docx

考点四十一 燃料电池1氢氧燃料电池，其电池总反应为2H2O2=2H2O。下列说法不正确的是A 可利用太阳能分解水制氢气B 通入氧气一极为负极C 酸性介质中，阴极反应为：O2 + 4H+ +4e- =2H2OD 可用酸、碱、熔融碳酸盐、固体电解质作为电解质【答案】B2下列有关电池的说法不正确的是( )A 手机上用的锂离子电池属于二次电池B 燃烧植物的秸秆和枝叶以获取热量和肥料属于生物质能的利用方式C 废电池必须进行集中处理，其首要原因是不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内的新型发电装置【答案】C【解析】A. 锂离子电池能进行充电和放电，所以属于二次电池，故正确；B. 燃烧植物的秸秆和枝叶，有机物与空气中的氧气反应，生成二氧化碳和水，同时将储存在有机物中的化学能转化为热能释放出来，属于生物质能的利用，故正确；C. 废电池必须进行集中处理，其首要原因是防止镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染，故错误；D. 氢氧燃料电池在两极上通入的是氢气和氧气，是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内的新型发电装置，故正确。3下列有关电池的叙述正确的是A 氢氧燃料电池属于环境友好电池，能量转化率可达100B 锌锰干电池是一种常用的二次电池C 锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄D 铅蓄电池负极是PbO2，正极是Pb【答案】C【解析】A.燃料电池转化率不可能为100%，故A错误；B锌锰干电池是一种常用的一次电池，故B错误；C. 锌锰干电池工作过程中，负极反应为：Zn-2e-=Zn2+，锌外壳不断被腐蚀而逐渐变薄，故C正确；D. 铅蓄电池负极是Pb，正极是PbO2，故D错误。4微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ） A HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42- 的反应为:HS-+4H2O-8e-= SO42-+9H+B 电子从b流出，经外电路流向aC 如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化D 若该电池电路中有0.4mol 电子发生转移，则有0.45molH+通过质子交换膜【答案】A5一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CH4H2O3H2CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol 电子B 电极A上H2参与的电极反应为：H22OH2e=2H2OC 电池工作时，CO32向电极A移动，电子由A极经电解质流向B极D 电极B上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO32【答案】D【解析】A. 反应CH4H2O3H2CO，碳元素化合价从-4价升高到+2价，氢元素化合价从+1价降低到0价，每消耗1 mol CH4转移6 mol 电子，故错误；B. 电解质没有氢氧根离子，负极电极A上H2参与的电极反应为：H2CO32-2e=H2O+CO2，故错误；C. 电池工作时，CO32向负极移动，即向电极A移动，电子只能通过导线，不能经过溶液，故错误；D. B为正极，正极为氧气得到电子，电极B上发生的电极反应为：O22CO24e=2CO32，故正确。6向新型燃料电池的两极分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体，它在高温下能传导O2-。图中滤纸用含有酚酞的氯化钠溶液浸泡过，c、d、e、f均为惰性电极，工作后e极周围变红。下列叙述正确的是（ ） A c极为正极,A处通入甲烷气体B d极的反应式为O2+2H2O+4e- = 4OH-C 固体电解质中O2-由d极向c极移动D e极上发生氧化反应，pH增大【答案】C72017年5月18日，我国海域天然气水合物试采成功，下列分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图所示，其中的固体电解质是 Y2O3Na2O，O2可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是 ( ) A 该分析仪工作时，电极a为正极B 电极a的反应式为：CH4 + 10OH8e=CO32+7H2OC 当固体电解质中有1 mol O2通过时，电子转移4molD 该分析仪可用于分析空气中的天然气的含量【答案】D8镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运及污染小等特点。如图为镁次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是( ) A 该燃料电池中镁为负极，发生氧化反应B 正极反应式为ClO+H2O+2e= Cl+2OHC 放电过程中OH移向正极移动.D 电池总反应式为Mg+ClO+H2O=Mg(OH)2+Cl【答案】C【解析】A镁失电子发生氧化反应而作负极，所以A选项是正确的；B正极上双氧水得电子发生还原反应，电极反应式为ClO-+H2O+2e-= Cl-+2OH-，所以B选项是正确的；C放电过程中氢氧根离子向负极移动，所以C选项是错误的； D镁在负极上失电子生成镁离子，次氯酸根离子在正极上得电子和水生成氯离子和氢氧根离子，所以电池反应式为Mg+ ClO-+H2O=Mg(OH)2+ Cl-，所以D选项是正确的。9镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运及污染小等特点。如图为镁次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是( ) A 该燃料电池中镁为负极，发生氧化反应B 正极反应式为ClO+H2O+2e= Cl+2OHC 放电过程中OH移向正极移动.D 电池总反应式为Mg+ClO+H2O=Mg(OH)2+Cl【答案】C10对利用甲烷消除NO2污染进行研究，CH4+2NO2N2+CO2+2H2O。在1L密闭容器中，控制不同温度，分别加入0.50molCH4和1.2molNO2，测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据见下表。下列说法正确的是( ) A 由实验数据可知实验控制的温度T2T1B 组别中，0-20min内，NO2的降解速率为0.0125molL-1min-1C 40min时，表格中T2对应的数据为0.18D 010min内，CH4的降解速率:【答案】A【解析】A、温度越高反应速率越大，达平衡所需要越短，由实验数据可知实验控制的温度T2T1，选项A正确；B、随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减小，故组别中，0-20min内，NO2的降解速率为0.0125molL-1min-1，选项B错误；C、40min时，表格中T2对应的数据为0.15-0.18之间，选项C错误；D、010min内，CH4的降解速率:，选项D错误。11美国一个海军航空站曾安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600 700 ，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，已知该电池的总反应为：2H2O2=2H2O，负极反应为：2H22CO324e=2H2O2CO2，则下列推断中正确的是( )A 正极反应为4OH4e=O22H2OB 该电池的电极没有参加反应C 电池供应1mol水蒸气，转移的电子数为4 molD O2从正极通入，发生氧化反应【答案】B12新型电池的开发与使用在现代社会中已很普遍，一种水煤气燃料电池的能量转化率可达90%以上。下列说法正确的是 A 总反应为2CO+O2=2CO2B 负极反应为H2-2e=2H+、CO-2e+H2O=CO2+2H+C 电路中通过4 mol电子，正极消耗22.4 L(标准状况)空气D 有机固体中的H+在放电时向正极移动，造成正极pH减小【答案】B13一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6+7O2+8KOH4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是A 负极反应为14H2O+7O2+28e28OHB 放电一段时间后，负极周围的酸性减弱C 每消耗1 mol C2H6， 则电路上转移的电子为14 molD 放电过程中KOH的物质的量浓度不变【答案】C【解析】A、负极上乙烷失电子发生氧化反应,电极反应式C2H6+18OH-=2CO32-14e-+12H2O,正极反应式为2H2O+O2+4e4OH，故A错误;B、放电过程中,负极上氢氧根离子参加反应导致浓度降低,所以碱性减弱,pH下降,故B错误；C.根据C2H6+18OH-=2CO32-14e-+12H2O可以知道,每消耗1 mol C2H6,则电路上转移的电子为14 mol,故C正确；D、该反应中有水生成,导致溶液体积增大,KOH参加反应导致物质的量减少,所以KOH浓度降低,故D错误。14一种用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是 A 该电池工作时，每消耗22.4L NH3转移3mol电子B 电子由电极A经外电路流向电极BC 电池工作时，OH向电极B移动D 电极B上发生的电极反应为：O2+ 4H+ 4e2H2O【答案】B15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 电极甲发生还原反应B 电池内的O2-由电极乙移向电极甲C 电池总反应为N2H4 +2O2= 2NO +2H2OD 当甲电极上有lmol N2H4消耗时，乙电极上有22.4L O2参与反应【答案】B【解析】A、通氧气一极为正极，通N2H4的一极为负极，即电极甲为负极，依据原电池的工作原理，电极甲上发生氧化反应，故A错误；B、根据原电池的工作原理，O2从正极移向负极，故B正确；C、因为反应生成无毒无害物质，即N2H4转化成N2和H2O，故C错误；D、题目中没有说明条件是否为标准状况下，因此无法计算气体的体积，故D错误。16燃料电池作为安全性能较好的一类化学电源得到了更快的发展，一种以联氨（N2H4）为燃料的环保电池工作原理如图所示，工作时产生稳定无污染的物质。下列说法正确的是 A M极生成氮气且电极附近pH降低B 负极上每消耗1 mol N2H4，会有2 molH+通过质子交换膜C 正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-D 电极M是原电池的正极【答案】A【解析】根据图中氢离子的移动方向可知电极N为正极，电极M为负极，燃料电池中的联氨在负极发生氧化反应，电极反应式为：N2H4-4e-=N2+4H+，氧气在正极发生还原反应，电极反应式为：O2+4H+4e-=2H2O。A项，结合分析可知电极M为负极，电极反应式为：N2H4-4e-=N2+4H+，生成氮气，且会生成H+，导致电极M附近的pH降低，故A项正确；B项，结合分析可知电极M为负极，联氨在负极发生氧化反应，根据电极反应式可知每消耗 1molN2H4，转移4mol电子，会有4molH+通过质子交换膜，故B项错误；C项，结合分析可知正极的电极反应式：O2+4H+4e-=2H2O，故C项错误；D项，根据图中氢离子的移动方向可知电极N为正极，电极M为负极，故D项错误。17利用反应6NO28NH3 =7N212H2O构成电池的装置如图所示。下列说法正确的是（ ） A 电子从右侧B电极经过负载后流向左侧A电极B 当有2.24 L NO2被处理时，转移电子数为0.4NAC 电极A极反应式为2NH36e= N26H+D 为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜【答案】D18能源是人类共同关注的重要问题。页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的天然气资源，页岩气的主要成分是甲烷，是公认的洁净能源。（1）页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气(CO和H2)。CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)H1已知：CH4、H2、CO 的燃烧热（H）分别为-a kJmol-1、-b kJmol-1、-c kJmol-1；H2O (l) =H2O(g)； H=+dkJmol-1则H1= _（用含字母a、b、c、d的代数式表示）kJmol-1。（2）用合成气生成甲醇的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H2，在10L恒容密闭容器中按物质的量之比12充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示，200时n(H2)随时间的变化如下表所示： t/min0135n(H2)/mol8.05.44.04.0 H2_ (填“”“”或“ = ”)0。下列说法正确的是_ (填标号）。a.温度越高，该反应的平衡常数越大 b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度 d.图中压强p1p2200时，该反应的平衡常数K =_。（3）甲烷、氧气和KOH溶液可组成燃料电池。标准状况下通入5.6 L甲烷，测得电路中转移1.2 mol电子，则甲烷的利用率为_。（4）有人设计将两根 Pt 丝作电极插入 KOH 溶液中，然后向两极上分别通入乙醇和氧气而 构成燃料电池。则此燃料电池工作时，其电极反应式为：负极：_正极：_【答案】-a+3b+cd”、“”或“=”）。如反应开始时仍充入10 mol CO和20 mol H2，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=_L。（3）关于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化学平衡状态B时的描述正确的是_ACO的含量保持不变 B容器中CH3OH浓度与CO浓度相等C2v正(CH3OH)= v正(H2) D容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变（4）已知CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) H = + 41.3 kJmol1 ，试写出由CO2和H2制取甲醇的热化学方程式_。（5）以CH3OH、O2、稀H2SO4组成燃料电池，写出该电池正极的电极反应式：_。【答案】4L2/mol2”、“50%0.2mol/(L.min)增加 CO2 的量、升高温度（填一种即可）CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+1CO2的量或者升高温度，因此，本题正确答案是：增加 CO2 的量或升高温度；(3)负极发生氧化反应，负极CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+，当消耗560mLO2 (标准状况下)时即=0.025mol，根据电子守恒4OH-O24e-，则消耗的氢氧根离子物质的量为0.025mol 4=0.1mol，所以溶液中氢离子的浓度为：=0.1mol/L，故pH=1，本题正确答案是：CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+；1。21雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一（1）汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时，c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线，如图所示。 据此判断:该反应的温度T2_ T1 (填“”或“”)。在T1温度下，02 s内的平均反应速率v(N2)=_。 当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若增大催化剂的表面积,则CO转化率_ (填“增大”“减小”或“不变”)。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是_(填字母)。 a b c（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) H=-867.0 kJ/mol2NO2(g)N2O4(g) H=-56.9 kJ/mol写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2、CO2和H2O(g)的热化学方程式:_。将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极a、b表面发生的电极反应式分别为a:_,b:_。 【答案】0.05mol/(Ls)不变cH4(g)N2O4(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(g) H=810.1kJmol12H2O4e=O24H2CO24H4e=2HCOOH+2H2O（g），H=810.1kJ/mol；综上所述，本题答案是：CH4(g)N2O4(g)=N2(g)CO2(g)2H2O(g) H=810.1kJmol1。由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，电极a表面发生氧化反应，为负极，电极反应式为2H2O4eO2+4H+，右室通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极b表面发生还原反应，为正极，电极反应式为2CO2+4e+4H+2HCOOH；综上所述，本题答案是：2H2O4eO2+4H+；2CO2+4H+4e=2HCOOH。22甲醇被称为21世纪的新型燃料,研究和合成甲醇有着重要的意义。(1)已知：H2(g)+1/2O2(g)H2O(l) H10；甲醇的燃烧热为H3。试用H1、H2、H3表示CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)的H, 则H=_kJmol-1。(2)该方法生产甲醇是目前工业上常用的方法。在一定温度下，向2L密闭容器中充入1mol CO和2mol H2，发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)， 5分钟反应达平衡，此时CO的转化率为80%。请回答：下列叙述合确的是_(填编号)。A达到平衡时,移走部分甲醇，平衡将向右移动，正反应速率加快B缩小容器的体积，平衡将向右移动，c(CO)将变大C在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍，则应该选用乙催化剂D若保持平衡时的温度和容积不变，再向容器中充入0.8mol CO和0.6mol CH3OH，则此时v正v逆在方框的坐标系中画出甲醇的物质的量浓度随时间的变化曲线 _ (3)CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应: CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)控制CO2和H2初始投料比为1:3时,温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图2所示。 由图2可知温度升高CO的产率上升,其主要原因可能是_。由图2可知获取CH3OH最适宜的温度是_。(4)近几年开发的甲醇燃料电池的工作原理如图所示: 电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过，电解质溶液为稀硫酸，则a电极的电极反应式为_。【答案】H=2H1-H2-H3BCD反应正反应是吸热反应,温度升高平衡正向移动,CO产率升高250CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+23（题文）CO和NO2是汽车尾气的主要污染物汽车尾气的反应式之一为：2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）请回答下列问题：（1）已知：N2（g）+O2（g）2NO（g）H=+180.5kJ/molC（s）+O2（g）CO2（g）H=393.5kJ/mol2C（s）+O22CO（g）H=221kJ/mol则2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g）H=_（2）一定温度下，在一体积为VL的密闭容器中充入一定量的NO和CO时，反应进行到t时刻时达到平衡状态，此时n（CO）=a mol、n（NO）=2a mol、n（N2）=b mol，且N2占平衡混合气体总价体积的1/4该反应的平衡常数K=_（用只含a、V的式子表示）判断该反应达到平衡的标志是_（填序号）Av（CO2）生成=v（CO）消耗B混合气体的平均相对分子质量不再改变C混合气体的密度不再改变DNO、CO、N2、CO2的物质的量浓度均不再变化（3）在一定温度下，将2.0mol NO、2.4mol CO通入固定容积2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图一所示， 则有害气体NO的转化率是_，015min CO2的平均反应速率v（CO2）=_20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件是_（填序号）A增加CO2的量 B加入催化剂 C降低温度 D扩大容积体积（4）通过NOX传感器可监测NOX的含量，其工作原理如图二所示， 则Pt电极上发生的是_反应（填“氧化”或“还原”）NiO电极上的电极反应式为_【答案】746.5kJ/mol27V/aBD40%0.027molL1min1CD还原NO+O22e=NO224甲醇是一种重要化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。(1)由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。该电池负极的电极反应式为_。若以该电池为电源，用石墨作电极电解200 mL含有如下离子的溶液。离子Cu2+H+ClSO42c/molL-10.5220.5 电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件下)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为_。(2)电解水蒸气和CO2产生合成气(H2+CO)。较高温度下(7001 000)，在SOEC两侧电极上施加一定的直流电压，H2O和CO2在氢电极发生还原反应产生O2，O2穿过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极，在氧电极发生氧化反应得到纯O2。由图可知A为直流电源的_(填“正极”或“负极”)，请写出以H2O为原料生成H2的电极反应式：_。 【答案】CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O3.2g负极H2O+2e-=H2+O2-25一氧化碳、二氧化碳的利用具有十分重要的意义，科学家提出以下几个设想：.二氧化碳与氢气在催化剂作用下可制取低碳烯烃。在一恒容密闭容器中分别投入1mol CO2、3 mol H2，发生反应：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) H；在不同温度下，用传感技术测出平衡时H2 的物质的量变化关系如图所示。 （1）H_ (填“” “” “”或“不能确定”)H2O。.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：化学反应平衡常数温度5008002H2(g)+CO(g) CH3OH(g)K12.50.15H2(g)+CO2(g) H2O (g)+CO(g) K21.02.503H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g)K3 （1）某温度下反应中H2的平衡转化率（a）与体系总压强(P)的关系，如左下图所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)_K(B)（填“”、“”或“”）。据反应与可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=_（用K1、K2表示）。 （2）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应，已知c(CO)与反应时间t变化曲线如右上图所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线变为曲线和曲线。当曲线变为曲线时，改变的条件是_。（3）一种甲