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專題28 可充電電池 燃料電池 （滿分42分 時間20分鐘） 姓名：_______________ 班級：_______________ 得分：_______________ 1．一種微生物電池可進行多種污水凈化和海水淡化的綜合處理，該電池裝置的示意圖如圖所示，其中污水中的有機物用C6H10O5表示，海水用食鹽水代替。下列說法正確的是 A． b膜為陰離子交換膜 B． 處理后的含NO3-污水的pH降低 C． 負極反應式為C6H10O5+7H2O+24e-==6CO2↑+24H+ D． 導線中流過lmol電子，理論上有1molCl-通過a膜 【答案】D 【解析】 點睛：該原電池中，硝酸根離子得電子發(fā)生還原反應，則右邊裝置中電極是正極，電極反應式為2NO3-+12H++10e-=N2↑+6H2O，左邊裝置電極是負極，負極上有機物失電子發(fā)生氧化反應，有機物在厭氧菌作用下生成二氧化碳，陽離子移向正極，陰離子移向負極，據(jù)此分析解答. 2．太陽能光電池具有可靠穩(wěn)定、壽命長、安裝維護簡便等優(yōu)點，現(xiàn)已得到廣泛應用。氮化鎵(GaN)光電池的結構如圖所示。下列說法中正確的是（ ） A． 該裝置系統(tǒng)中只存在光能與電能之間的轉化 B． Cu電極：CO2+8H+-8e-=CH4+2H2O C． 工作時，產(chǎn)生的O2、CH4體積比為1∶1(同溫同壓) D． 離子交換膜為質子交換膜，H+從左池移向右池 【答案】D 【解析】 點睛：本題考查了原電池原理，難點是電極反應式的書寫，要結合電解質溶液書寫。本題的易錯點為C，負極氫氧根失電子發(fā)生氧化反應生成氧氣，2H2O—4e- = O2↑+ 4H+，正極反應式為CO2+8e-+8H+═CH4+2H2O。 3．鈉電池由于其快速充放電的特性受到科研工作者的重視，某鈉離子鈦基電池電池結構如圖所示，電解質為含鈉離子的高聚物，已知電池的反應方程式為2NaxCn+xNaTi2(PO4)32nC+ xNa3Ti2(PO4)3。下列關于該電池說法正確的是 A． 放電時電池正極為NaxCn B． 放電時Na+向電極Ⅱ移動 C． 充電時陽極反應：NaxCn-xe-=nC+xNa+ D． 充電時電極Ⅰ與外電源正極相連 【答案】D 【解析】 點睛：本題考查了原電池和電解池中電極反應式的書寫和相關判斷。根據(jù)電子移動的方向正確判斷原電池的正負極是解題的關鍵。本題的易錯點為C，需要明確放電是原電池原理，充電是電解原理，充電方式是“正對正、負對負”即電池正極連接電源正極，電池負極連接電源負極，電極反應可以看出為逆反應。 4．中國科學院成功開發(fā)出一種新型鋁?石墨雙離子電池，大幅提升了電池的能量密度。該電池放電時的總反應為: AlLi+CxPF6Al+xC+Li++PF6?，有關該電池說法正確的是 A． 充電時，PF6?向陽極移動 B． 充電時，鋁電極質量減少 C． 放電時，正極反應式為:Al+Li++e?AlLi D． 放電時，電子由石墨沿導線流向鋁 【答案】A 【解析】 電池充電時的總反應化學方程式為Al+xC+Li++PF6-═AlLi+CxPF6，則放電時的總反應為AlLi+CxPF6=Al+xC+Li++PF6-，放電時AlLi被氧化，為原電池的負極，電極反應式為AlLi-e-=Al+Li+，正極CxPF6得電子被還原，電極反應式為CxPF6+e-=xC+PF6-，充電時，電極反應與放電時的反應相反。A、充電時，屬于電解池的工作原理，PF6-向陽極移動，故A正確；B、充電時，屬于電解池的工作原理，電解池的陰極發(fā)生得電子的還原反應，即Al+Li++e-=AlLi，所以鋁電極質量增加，故B錯誤；C、放電時，屬于原電池的工作原理，正極CxPF6得電子被還原，電極反應式為CxPF6+e-=xC+PF6-，故C錯誤； D、放電時，屬于原電池的工作原理，電子由負極沿導線流向正極，即由鋁沿導線流向石墨，故D錯誤；故選A。 5．2016年7月報道，南開大學科研團隊在“可充室溫鈉－二氧化碳電池”的研究中取得突破進展，該電池放電時工作情況如圖所示。下列說法錯誤的是 A． 金屬Na為電池的負極 B． 放電時，電解液中Na＋向碳電極移動 C． 充電時，碳電極發(fā)生的反應為：4Na＋＋4e－＋3CO2== 2Na2CO3＋C D． 放電時，每轉移2 mol電子，消耗標準狀況下的CO2 33.6 L 【答案】C 【解析】 點睛：本題考查可充電電池的工作原理，根據(jù)放電時電子的流向確定放電時的正負極是解題的關鍵。注意：放電時的負極充電時為陰極，放電時的正極充電時為陽極，充電時陽極反應式為放電時正極反應式的逆過程，充電時陰極反應式為放電時負極反應式的逆過程。 6．鉛蓄電池是目前常見的二次電池，其放電時總反應為Pb + PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 + 2H2O。下列說法中正確的是 A． 放電時，Pb作為電池的負極發(fā)生還原反應 B． 放電時，內電路中的H+ 向Pb電極移動 C． 充電時，外接電源的負極需要與Pb電極相連 D． 充電時，陽極區(qū)附近溶液酸性減弱 【答案】C 【解析】 【分析】 由總方程式可知，為原電池時，Pb為負極，發(fā)生氧化反應，電極方程式為Pb+SO42--2e-=PbSO4，PbO2為正極，發(fā)生還原反應，電極方程式為PbO2+4H++SO42--2e-=2H2O+PbSO4，在充電時，陰極發(fā)生的反應是PbSO4+2e-=Pb+SO42-，陽極反應為PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+SO42-+4H+，放電時，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，以此解答該題。 【詳解】 【點睛】 本題考查原電池和電解池知識，側重于學生的分析能力和電化學知識的綜合考查，為高考常見題型和高頻考點，注意把握電解方程式的書寫。在原電池中，負極失去電子，元素化合價升高，發(fā)生氧化反應，被氧化；正極得到電子，元素化合價降低，發(fā)生還原反應，電解質溶液中，陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。在電解池中，陰極得到電子，發(fā)生還原反應，陽極失去電子，發(fā)生氧化反應。 7．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是（ ） A． HS-在硫氧化菌作用下轉化為SO42-的反應為:HS-+4H2O-8e-== SO42-+9H+ B． 電子從b流出，經(jīng)外電路流向a C． 如果將反應物直接燃燒,能量的利用率不會變化 D． 若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉移，則有0.45molH+通過質子交換膜 【答案】A 【解析】 【分析】 由圖可以知道硫酸鹽還原菌可以將有機物氧化成二氧化碳，而硫氧化菌可以將硫氫根離子氧化成硫酸根離子，所以兩種細菌存在，就會循環(huán)把有機物氧化成CO2放出電子，負極上HS-在硫氧化菌作用下轉化為SO42-，失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式是HS-+4H2O-8e-= SO42-+9H+；正極上是氧氣得電子的還原反應4H++O2+4e-=2H2O，根據(jù)原電池的構成和工作原理知識來回答。 【詳解】 8．一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽能電池的工作原理及電池中發(fā)生的主要反應如圖所示。下列說法錯誤的是 A． 電池工作時，光能轉變?yōu)殡娔?，X為電池的負極 B． 鍍鉑導電玻璃上發(fā)生氧化反應生成I- C． 電解質溶液中發(fā)生反應:2Ru3++3I-2Ru2++I3- D． 電池工作時，電解質溶液中I-和I3-的濃度基本不變 【答案】B 【解析】 9．現(xiàn)如今太陽能電池已經(jīng)廣泛地應用于生產(chǎn)生活中，現(xiàn)代四大發(fā)明之一的共享單車也用上了太陽能電池。哈羅單車前面載物籃的底座就是太陽能電池，電極材料是Li/LiCoO2，太陽能電池的原理如圖所示：下列說法不正確的是 （ ） A． 陽光照射該電池時，能量轉化過程：太陽能→電能→化學能 B． 光照時負極的質量減少 C． 太陽能電池板材料是Si D． 開鎖時，正極xLi++xe-+Li(1-x)CoO2=LiCoO2 【答案】B 【解析】 【詳解】 10．將氫氣、甲烷、乙醇等物質在氧氣中燃燒時的化學能直接轉化為電能的裝置叫燃料電池。燃料電池的基本組成為電極、電解質、燃料和氧化劑。此種電池能量利用率可高達80%（一般柴油發(fā)電機只有40%左右），產(chǎn)物污染也少。下列有關燃料電池的說法錯誤的是（ ） A． 上述燃料電池的負極反應材料是氫氣、甲烷、乙醇等物質 B． 氫氧燃料電池常用于航天飛行器，原因之一是該電池的產(chǎn)物為水，經(jīng)過處理之后可供宇航員使用 C． 乙醇燃料電池的電解質常用KOH，該電池的負極反應為C2H5OH－12e－＝2CO2↑＋3H2O D． 以KOH溶液作為電解質溶液，甲烷燃料電池的正極反應為O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 【答案】C 【解析】 A．燃料電池中，燃料做負極，負極反應物可以是氫氣、甲烷、乙醇等物質，故A正確；B．航天飛行器中氫氧燃料電池的產(chǎn)物是水，經(jīng)過處理之后可供宇航員使用，故B正確；C．乙醇燃料電池的電解質用KOH時，生成的二氧化碳會和其反應生成碳酸鹽，負極反應為：C2H5OH－12 e－+16OH－=2CO32－+11H2O，故C錯誤；D．燃料電池中正極上氧氣得電子，在堿性環(huán)境下，正極電極反應式為：O2+2H2O+4 e－=4OH－，故D正確；答案選C。 11．一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽能電池的原理及電池中發(fā)生的主要反應如下圖所示,下列說法不正確的是 A． X極為電池的負極 B． 電池工作時，光能轉變?yōu)殡娔? C． 電池工作時，Y極上發(fā)生還原反應 D． 電池的電解質溶液中I－和I3－的濃度不斷減少 【答案】D 【解析】 【分析】 由圖，從電子的移動方向可知，電極X為原電池的負極，Y電極為原電池的正極，電解質為I3－和I－的混合物，I3－在正極上得電子被還原，正極反應為I3－+2e－=3I－． 【詳解】 【點睛】 本題是一道知識遷移題目，考查學生分析和解決問題的能力，解題關鍵：電子的移動方向確定電極，再根據(jù)原電池、電解池知識作答。 12．2017年5月18日，我國海域天然氣水合物試采成功，下列分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如下圖所示，其中的固體電解質是 Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移動。下列有關敘述正確的是 ( ) A． 該分析儀工作時，電極a為正極 B． 電極a的反應式為：CH4 + 10OH－－8e－=CO32－+7H2O C． 當固體電解質中有1 mol O2－通過時，電子轉移4mol D． 該分析儀可用于分析空氣中的天然氣的含量 【答案】D 【解析】 【詳解】 13．鎂燃料電池具有比能量高、使用安全方便、原材料來源豐富、成本低、燃料易于貯運及污染小等特點。如圖為鎂——次氯酸鹽燃料電池的工作原理圖，下列有關說法不正確的是( ) A． 該燃料電池中鎂為負極，發(fā)生氧化反應 B． 正極反應式為ClO―+H2O+2e―= Cl―+2OH― C． 放電過程中OH―移向正極移動. D． 電池總反應式為Mg+ClO―+H2O=Mg(OH)2↓+Cl― 【答案】C 【解析】 【分析】 該燃料電池中，鎂易失電子作負極、次氯酸根離子得電子發(fā)生還原反應，負極電極反應式為Mg-2e-=Mg2+，正極電極反應式為：ClO-+H2O+2e-=Cl-+2OH-，放電時，電解質溶液中陰離子向負極移動。 【詳解】 14．一種用于驅動潛艇的液氨-液氧燃料電池原理示意如圖，下列有關該電池說法正確的是 A． 該電池工作時，每消耗22.4L NH3轉移3mol電子 B． 電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B C． 電池工作時，OH－向電極B移動 D． 電極B上發(fā)生的電極反應為：O2+ 4H＋+ 4e－＝2H2O 【答案】B 【解析】 A、溫度、壓強未知，無法計算22.4L NH3的物質的量，A錯誤；B、該電池中氧氣得到電子所在電極B為正極，電極A為負極，電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B，B正確；C、電池工作時，OH－向負極移動，C錯誤；D、該電池電解質為堿性，電極B上發(fā)生的電極反應為：O2+ 2H2O+ 4e－＝4OH-，D錯誤。答案選B。 【考點定位】本題主要是考查電化學原理的應用 【名師點晴】該題為高頻考點，明確原電池和電解池的工作原理、各個電極上發(fā)生的反應是解答本題的關鍵，難點是電極反應式的書寫，注意電解質溶液的性質，以及電解質溶液中陰陽離子移動方向，為易錯點。