2021新人教版高中化学选修四4.2.2《燃料电池》word课时训练

1、第2课时燃料电池课时训练20燃料电池一、非标准1.氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转变为电能,而不经过热能这一中间形式,已用于宇宙飞船及潜艇中,其电极反应为:负极:2H2+4OH-4e-4H2O正极:O2+2H2O+4e-4OH-所产生的水还可作为饮用水,今欲得常温下1 L水,则电池内电子转移的物质的量约为() A.8.910-3 molB.4.510-2 molC.1.1102 molD.5.610 mol解析:正负极反应合并得:2H2+O22H2O,若转移4 mol电子,则生成2 mol H2O,欲生成1 L水即 mol,转移电子为2 mol1.1102 mol。答案:C2.质子交换膜

2、燃料电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料,空气为氧化剂,铂作催化剂,导电离子是H+。下列对该燃料电池的描述中正确的是()正极反应为:O2+4H+4e-2H2O负极反应为:2H2-4e-4H+总的化学反应为:2H2+O22H2O氢离子通过电解质向正极移动A.B.C.D.解析:燃料电池中的反应不是在点燃的条件下进行的,故错。因为导电离子是H+,且向正极移动,所以正极反应为O2+4H+4e-2H2O,电子由负极通过外电路流向正极。答案:C3.美国加州Miramar海军航空站安装了一台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600700 ,

3、所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3。该电池的总反应为2H2+O22H2O,负极反应为H2+C-2e-H2O+CO2。则下列推断中正确的是()A.正极反应:4OH-4e-2H2O+O2B.当电池生成1 mol H2O时,转移4 mol电子C.放电时C向负极移动D.放电时C向正极移动解析:总反应减去负极反应求得正极反应为:O2+4e-+2CO22C,故A项错误;由总反应知每生成1 mol水,转移2 mol电子,故B项错误;放电时,C向负极移动,C项正确;D项错误。答案:C4.有四种燃料电池:A.固体氧化物燃料电池B.碱性氢氧化物燃料电池C.质子交换膜燃料电池D.熔融盐燃料电池,下面是工作原理

4、示意图,其中正极反应生成水的是()解析:A项,正极反应生成O2-;B项,正极反应生成OH-;C项,正极反应生成H2O;D项,正极反应生成C。答案:C5.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子 (O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A.有O2放电的a极为电池的负极B.有H2放电的b极为电池的正极C.a极对应的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-D.该电池的总反应方程式为2H2+O22H2O解析:固体介质允许O2-通过,说明为非水体

5、系,因此a极反应不正确,这种表达是水溶液中进行的反应,a极反应应该是:O2+2e-O2-,b极反应:H2-2e-2H+,总反应方程式是H2+O2H2O。答案:D6.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为:CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是()A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动B.若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气C.电池反应的化学方程式为:CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2OD.正极上发生的反应为:O2+4e-+2H2O4OH-解析:结合题意,该电池总反应即是乙醇的氧化反应,不消耗H+,故负极

6、产生的H+应向正极移动,A项错误;酸性溶液中,正极电极反应为O2+4e-+4H+2H2O,D项错误;转移0.4 mol电子时,消耗O2 0.1 mol,即标准状况下为2.24 L,B项错误;正极反应与负极反应相加可得电池反应为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O,C正确。答案:C7.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移D.在电池反应中,每消耗1 mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体 L解析:微生物主

7、要成分是蛋白质,高温条件下蛋白质失去活性,A不正确。通入燃料C6H12O6的极为负极,负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+(能放出CO2应该是酸性,所以右边写H+。不能在左边加OH-、右边写H2O),B项正确。正极反应为:6O2+24H+24e-12H2O,从两极反应可知:负极生成H+,正极消耗H+,即通过质子交换膜从负极到正极传导H+,选项C不正确。从总反应C6H12O6+6O26CO2+6H2O可知,每消耗1 mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L,D项错。答案:B8.据报道,摩托罗拉公司研制了一种有甲醇和氧气,以及强碱作电解质的手机电池,电量

8、可达到镍氢电池的10倍,有关此电池的叙述错误的是()A.溶液中的阳离子移向正极B.负极反应式:CH3OH+8OH-6e-C+6H2OC.电池在使用过程中,电解质溶液的c(OH-)不变D.当外电路通过6 mol电子时,理论上消耗1.5 mol O2解析:A项,溶液中的阳离子移向发生还原反应的一极即正极;B项,负极CH3OH发生氧化反应;C项,电池在使用过程中,电解质溶液的c(OH-)减少;D项, 1 mol O2消耗可转移4 mol电子,外电路通过6 mol e-时,消耗1.5 mol O2。答案:C9.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(

9、ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池的说法中正确的是()A.在熔融电解质中O2-由负极移向正极B.电池的总反应是2C4H10+13O28CO2+10H2OC.通入空气的一极是正极,电极反应为:O2+4e-+2H2O4OH-D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为:C4H10-26e-+13O2-4CO2+5H2O解析:本题以丁烷燃料电池为载体,综合考查了原电池原理涉及的有关“电子流向、电极反应、电池总反应”等内容,因正极上富集电子,根据电性关系,O2-不可能移向正极,A错。由丁烷的燃烧反应及电解质的特性知该电池的总反应为2C4H10+13O28CO2+10H2O,B正确。在熔

10、融状态下允许O2-在其间通过,故其正极反应式为O2+4e-2O2-,C不正确。通入丁烷的一极应为负极,D错。答案:B10.(1)据报道,科研人员新近开发出一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型电池,可供手机连续使用一个月。据此请回答以下问题:甲醇是极,电极反应是。电池反应的离子方程式是。(2)一般说来,根据一个氧化还原反应便可设计一个原电池。例如,某种燃料电池的总反应是CH4+2O2+2OH-C+3H2O。在此燃料电池中,通CH4极是极,通O2极是极,每消耗1 mol CH4,转移电子mol,此电池的电解质溶液为,负极发生的电极反应是,正极发生的电极反应是。答案:(1)负CH3OH-6e-

11、+8OH-C+6H2O2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O(2)负正8碱性介质如KOH溶液CH4-8e-+10OH-C+7H2O2O2+4H2O+8e-8OH-11.如图所示,装置为甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液),通过装置实现铁棒上镀铜。(1)a处应通入(填 “CH4”或“O2”),b处电极上发生的电极反应式是;(2)电镀结束后,装置中溶液的pH(填“变大”“变小”或“不变”,下同),装置中Cu2+的物质的量浓度;(3)电镀结束后,装置溶液中的阴离子除了OH-以外还含有(忽略水解);(4)在此过程中若完全反应,装置中阴极质量变化12.8 g,则装置中理论上消耗甲烷 L(标准状况下)。解析:由于Fe棒上镀Cu,则Cu棒发生氧化反应,作阳极,b电极作正极,a电极作负极,CH4在a处通入,O2在b处通入,由于KOH作电解质溶液,则b极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;电镀过程中电解质溶液不参与电极反应,各离子浓度均不变;