微题型59基于有机物微生物熔融盐等的燃料电池-2022年新高考一轮复习微题型巩固加练100天

微题型59基于有机物、微生物、熔融盐等的燃料电池时间：30分钟1．一种应用比较广泛的甲醇燃料电池，电解液是酸性溶液，其工作原理如图所示，下列说法正确的是A．Ｍ极为负极，发生还原反应B．N极电极反应为O2+4H+4e=2H2OC．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小D．若有1molCO2生成，则有6molH+从甲池通过交换膜进入乙池【答案】D【分析】根据外电路中电子的转移方向可知，M极失去电子，为负极，N极得到电子，为正极，该装置是乙醇燃料电池，则a为乙醇，b为氧气，由质子交换膜可知反应池中为酸性介质，则M极的电极反应式为CH3CH2OH+3H2O12e=2CO2↑+12H+，N极的电极反应式为O2+4H++4e=2H2O，以此解析。【详解】A．由上述分析可知M极失去电子，为负极，负极发生氧化反应，A错误；B．乙醇在M极失电子转变为二氧化碳，M极的电极反应式为CH3CH2OH+3H2O12e=2CO2↑+12H+，N极的电极反应式为O2+4H++4e=2H2O，B错误；C．M极的电极反应式为CH3CH2OH+3H2O12e=2CO2↑+12H+，反应生成H+，则甲池溶液pH减小，氧气在N极得电子结合H+转变为水，电极反应式为O2+4H++4e=2H2O，反应消耗H+，则乙池溶液pH增大，C错误；D．若有1molCO2生成，由电极反应式可知，电路中转移6mol电子，电解质溶液中阳离子从负极移向正极，即有6molH+从甲池透过交换膜进入乙池，D正确；故选D。2．镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。如图为“镁次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。下列说法正确的是A．随着反应的进行，正极区pH升高B．放电时，F极生成的移动方向与内电路电子移动方向相同C．放电时，E极的电势比F极的高D．每生成1mol，则有1mol氧化【答案】A【详解】A．随着反应的进行，正极上得电子生成氯离子，则正极的电极反应式为，正极区pH升高，故A正确；B．溶液中不存在电子的移动，故B错误；C．正极的电势比负极的高，E为负极，E极的电势比F极的低，故C错误；D．根据得失电子守恒，每生成1mol，伴随着1mol被还原，故D错误；选A。3．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．通入葡萄糖的一极为原电池负极，发生氧化反应C．放电过程中，阳离子H+从正极区向负极区迁移D．在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成CO2气体L【答案】B【详解】A．高温条件下微生物会变性，故该电池不能在高温下工作，A项错误；B．负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳，发生氧化反应，B项正确；C．原电池内部阳离子应向正极移动，C项错误；D．消耗1mol氧气生成1mol二氧化碳，标准状况下体积是22.4L，D项错误；答案选B。4．利用假单胞菌分解有机物的电化学原理如图所示。下列说法正确的是A．该过程将电能转化为化学能B．电流方向：b电极→用电器→a电极C．负极的电极反应式为：X+2e=Y+2H+D．当外电路通过4NA电子时，消耗氧气的体积为22.4L【答案】B【分析】由图可知，b极氧气得电子发生还原反应，作正极，电极反应式为O2+4e+4H+=2H2O，则a极为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为X2e═Y+2H+，正极区消耗氢离子，负极区生成氢离子，氢离子由负极区透过质子交换膜进入正极区，据此分析解题。【详解】A．由图结合分析可知，该装置为原电池，是将化学能转化为电能的装置，A错误；B．由分析可知，该装置中a电极为负极，b电极为正极，电子由负极a流出，经过导线进入b电极，电流方向和电子流向相反，所以电流流向：b电极→用电器→a电极，B正确；C．根据图中反应过程可知，X到Y少了2个H，发生失电子的氧化反应，有机物X失去失去2个电子生成Y，故负极的电极反应式为X2e═Y+2H+，C错误；D．由于题干中未告知气体O2所处的状态，故无法计算消耗氧气的体积，D错误；故答案为：B。5．酶生物燃料电池是指直接或间接利用生物酶作为催化剂的一类特殊燃料电池。如图是固氮酶电池的工作原理图。下列有关说法错误的是A．介体BV2+/BV+在电极与酶之间传递电子B．电池工作时，H+由负极区向正极区定向移动C．阳极区固氮酶催化发生的反应：N2+6BV++6H+=2NH3+6BV2+D．固氮酶电池实现了温和条件下人工合成氨【答案】C【分析】由题意可知这是一个燃料电池的装置，中间是质子交换膜，质子由负极区移动到正极区，从装置图中可知，右侧BV2+转化为BV+，得电子，故右侧为正极区，左侧为负极区。工业合成氨的条件是高温高压催化剂，条件苛刻。【详解】A．电子介体是一种具有氧化还原功能的小分子物质，从原理图分析二者相互转化，实现酶和电极之间电子转移，A项正确；B．质子由左侧负极区定向移动到右侧正极区，B项正确；C．从原理图分析，右侧电极反应：BV2++e=BV+，故右侧为正极区，C项错误；D．酶在常温条件下催化合成氨气，不需要高温高压等条件，D项正确。答案选C。6．一种以液态肼(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的工作原理如图所示。在700~900℃时，O2可在该固体氧化物电解质中自由移动。生成物为无毒无害的物质。下列说法正确的是A．该装置将电能转化为化学能 B．甲电极上N2H4失去电子C．电池内的O2由电极甲移向电极乙 D．电池总反应为：N2H4+2O2=2NO+2H2O【答案】B【分析】该燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，产物为无毒无害物质，则电极反应式为：N2H4+2O24e=N2↑+2H2O，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e=2O2，电池总反应为：N2H4+O2=N2↑+2H2O，结合离子的移动方向、电流的方向分析解答。【详解】A．该装置为燃料电池，是将化学能转化为电能，故A错误；B．由图示知，甲电极反应为：N2H4+2O24e=N2↑+2H2O，N2H4失去电子，故B正确；C．根据上述分析，电池内的O2由电极乙移向电极甲，故C错误；D．根据上述分析，电池总反应为：N2H4+O2=N2↑+2H2O，故D错误；故选：B。7．HCOOH燃料电池的装置如图所示，M、N表示电极，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。下列说法正确的是

A．M电极反应式为：HCOO+2OH2e=HCO+H2OB．在电池工作时，每生成1molHCO，将会有1molK+通过半透膜移向右侧C．图中所示需要补充的A物质为KOHD．电子的流动方向为：N→用电器→M【答案】A【分析】HCOOH燃料电池是原电池装置，原电池工作时，负极发生失电子的氧化反应，根据图示中各电极上物质的变化，负极上HCOO被氧化为HCO，电极反应式为HCOO+2OH2e=HCO+H2O。根据图示，加入A发生的离子反应为4Fe2++4H++O2=Fe3++2H2O，消耗H+，K2SO4从装置中流出，故放电过程中加入的物质A为H2SO4。该燃料电池的正极Fe2+和Fe3+存在着循环，正极上本质是O2得到电子，故燃料电池的总反应本质是HCOOH和O2反应生成HCO，结合原子守恒和电荷守恒，配平离子方程式为2HCOOH+2OH+O2=2HCO+2H2O。【详解】A．由以上分析知，M电极为负极，反应式为：HCOO+2OH2e=HCO+H2O，故A正确；B．负极反应式为HCOO+2OH2e=HCO+H2O，根据溶液呈电中性知，在电池工作时，每生成1molHCO，将会有2molK+通过半透膜移向右侧，故B错误；C．由以上分析知，图中所示需要补充的A物质为H2SO4，故C错误；D．原电池中电子从负极经导线流向正极，故电子的流动方向为：M→用电器→N，故D错误；故选A。8．下图为氢氧原料电池工作原理装置示意图，有关说法错误的是

A．该装置能把化学能转化为电能B．a、b电极材料不参与电极反应C．a电极为正极，电极反应式为H2－2e－＝2H＋D．电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O【答案】C【详解】A．氢氧原料电池，是把化学能转化为电能，故A正确；B．氢氧原料电池是氢气和氧气在原电池中参与反应，因此a、b电极材料不参与电极反应，故B正确；C．电极反应式为H2－2e－＝2H＋，因此a电极为负极，故C错误；D．根据氢氧原料电池得到电池总反应为：2H2＋O2＝2H2O，故D正确。综上所述，答案为C。9．天然气报警器的核心是气体传感器，当空间内甲烷达到一定浓度时，传感器随之产生电信号并联动报警，工作原理如图所示，其中可以在固体电解质中移动。当报警器触发工作时，下列说法正确的是A．多孔电极发生氧化反应B．在电解质中向电极移动C．多孔电极极的电极反应式为D．当标准状况下的甲烷在多孔电极完全反应时，流入传感控制器电路的电子有【答案】A【分析】由图可知，气体传感器为燃料电池装置，通入空气的多孔电极极为燃料电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+2e—=O2—，通入甲烷的多孔电极为负极，在氧离子作用下，甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4—8e—+4O2—=CO2+2H2O。【详解】A．由分析可知，通入甲烷的多孔电极为负极，在氧离子作用下，甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，故A正确；B．电池工作时，阴离子氧离子向负极移动，则氧离子在电解质中向电极a移动，故B错误；C．由分析可知，通入空气的多孔电极极为燃料电池的正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子，电极反应式为O2+2e—=O2—，故C错误；D．由分析可知，通入甲烷的多孔电极为负极，在氧离子作用下，甲烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为CH4—8e—+4O2—=CO2+2H2O，则当标准状况下的甲烷在多孔电极完全反应时，流入传感控制器电路的电子有×8=0.02mol，故D错误；故选A。10．熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O2+2CO2+4e=2CO，下列有关说法中错误的是A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触D．放电时，阳极(负极)反应式为2H2+2CO4e=2CO2+2H2O【答案】B【分析】该燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧化剂氧气的电极是正极，负极反应式为H22e+CO=CO2+H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e═2CO，放电时，电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。【详解】A．升高温度能加快反应速率，该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；B．还原性物质在负极发生氧化反应，该类电池的H2可以用CO、CH4等替代，故B错误；C．H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免H2、O2的接触，防止爆炸，产生安全事故，故C正确；D．放电时，氢气失电子发生氧化反应，阳极(负极)反应式为2H2+2CO4e=2CO2+2H2O，故D正确；故选B。11．按要求完成下列问题。（1）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下图所示：①HS在硫氧化菌作用下转化为的电极反应式是_______。②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_______。（2）PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。①放电过程中，Li+向_______(填“负极”或“正极”)移动。②负极反应式为_______。③电路中每转移0.2mol电子，理论上生成_______gPb。（3）氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。①a电极的电极反应式是_______；②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是_______。【答案】（1）HS+4H2O8e=+9H+HS、浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子（2）正极Ca+2Cl2e=CaCl220.7（3）2NH36e+6OH=N2+6H2O发生反应4NH3+3O2=2N2+6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH【分析】（1）①酸性环境中反应物为HS，产物为，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS+4H2O8e=+9H+，答案为：HS+4H2O8e=+9H+；②从质量守恒角度来说，HS、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子，答案为：HS、浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子；（2）①放电过程中，Li+向正极移动，答案为：正极；②原电池的钙电极为负极，负极反应式为Ca+2Cl2e=CaCl2，答案为：Ca+2Cl2e=CaCl2；③根据方程式，电路中每转移0.2mol电子，生成0.1molPb，即20.7gPb，答案为：20.7；（3）①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH36e+6OH=N2+6H2O，答案为：2NH36e+6OH=N2+6H2O；②一段时间后，需向装置中补充KOH，原因是发生反应4NH3+3O2=2N2+6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH，答案为：发生反应4NH3+3O2=2N2+6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。12．请回答下列问题。（1）肼—空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景，其工作原理如图所示，回答下列问题：①该燃料电池中正极通入的物质是___________，负极发生的反应式为___________。②电池工作时，OH移向极___________(填“a”或“b”)。③当