2015-2024年十年高考化学真题分类汇编专题40 化学电源-燃料电池(原卷版)

2013-2024年十年高考真题汇编PAGEPAGE1专题40化学电源——燃料电池考点十年考情(2015-2024）命题趋势考点1燃料电池原理2021•山东卷、2020•新课标Ⅲ卷、2020•山东卷、2019•新课标Ⅰ卷、2015·全国卷Ⅰ、2015·江苏卷燃料电池是最有发展前途的发电技术，由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能直接转换成电能，能量转化效率高，排放出的有害气体极少，使用寿命长。从节约能源和保护生态环境的角度来看，有关燃料电池电极反应式也应运而生。本专题主要考查以燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等。考点2燃料电池综合应用2021•河北卷、2020•江苏卷考点1燃料电池原理1．(2021•山东卷，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是()A．放电过程中，K+均向负极移动B．放电过程中，KOH物质的量均减小C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大D．消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L2．(2020•新课标Ⅲ卷，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH-－11e－=VO43-+2B(OH)4-+4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极3．(2020•山东卷，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是()A．负极反应为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2：14．(2019•新课标Ⅰ卷，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是()A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+C．正极区，固氮酶催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动5．(2015·全国卷Ⅰ，11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O6．(2015·江苏卷，10)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+H2O3H2+CO，每消耗1molCH4转移12mol电子B．电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-=2H2OC．电池工作时，CO32-向电极D．电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-考点2燃料电池综合应用1．(2021•河北卷，16节选)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。(4)我国科学家研究Li—CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：①Li—CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在___(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。Ⅰ.2CO2+2e-=C2O42-Ⅱ.C2O42-=CO2+CO22-Ⅲ.__________Ⅳ.CO32-+2Li+=Li2CO3②研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为_________。Ⅱ.在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H+被还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图.由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序为_______(用a、b、c字母排序)。2．(2020•江苏卷，20节选)(2)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。①电池负极电极反应式为_____________；放电过程中需补充的物质A为_________(填化学式)。②图-2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_______________。专题40化学电源——燃料电池考点十年考情(2015-2024）命题趋势考点1燃料电池原理2021•山东卷、2020•新课标Ⅲ卷、2020•山东卷、2019•新课标Ⅰ卷、2015·全国卷Ⅰ、2015·江苏卷燃料电池是最有发展前途的发电技术，由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能直接转换成电能，能量转化效率高，排放出的有害气体极少，使用寿命长。从节约能源和保护生态环境的角度来看，有关燃料电池电极反应式也应运而生。本专题主要考查以燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等。考点2燃料电池综合应用2021•河北卷、2020•江苏卷考点1燃料电池原理1．(2021•山东卷，10)以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是()A．放电过程中，K+均向负极移动B．放电过程中，KOH物质的量均减小C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大D．消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L2．(2020•新课标Ⅲ卷，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH-－11e－=VO43-+2B(OH)4-+4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极3．(2020•山东卷，10)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是()A．负极反应为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2：14．(2019•新课标Ⅰ卷，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是()A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+=2H++2MV+C．正极区，固氮酶催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动5．(2015·全国卷Ⅰ，11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O6．(2015·江苏卷，10)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+H2O3H2+CO，每消耗1molCH4转移12mol电子B．电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-=2H2OC．电池工作时，CO32-向电极D．电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-考点2燃料电池综合应用1．(2021•河北卷，16节选)当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。(4)我国科学家研究Li—CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：①Li—CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在___(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。Ⅰ.2CO2+2e-=C2O42-Ⅱ.C2O42-=CO2+CO22-Ⅲ.__________Ⅳ.CO32-+2Li+=Li2CO3②研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为_________。Ⅱ.在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO的反应进程中(H+被还原为H2的反应可同时发生)，相对能量变化如图.由此判断，CO2电还原为CO从易到难的顺序