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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(yīng)式為C6H10O5+7H2O+24e-==6CO2↑+24H+ D． 導(dǎo)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(yīng)，則右邊裝置中電極是正極，電極反應(yīng)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(yīng)，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(yīng)用。氮化鎵(GaN)光電池的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhì)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(yīng)式的書寫，要結(jié)合電解質(zhì)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(yīng)生成氧氣，2H2O—4e- = O2↑+ 4H+，正極反應(yīng)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(jié)構(gòu)如圖所示，電解質(zhì)為含鈉離子的高聚物，已知電池的反應(yīng)方程式為2NaxCn+xNaTi2(PO4)32nC+ xNa3Ti2(PO4)3。下列關(guān)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(yīng)：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(yīng)式的書寫和相關(guān)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(guān)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(yīng)可以看出為逆反應(yīng)。 4．中國科學(xué)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(yīng)為: AlLi+CxPF6Al+xC+Li++PF6?，有關(guān)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(zhì)量減少 C． 放電時，正極反應(yīng)式為:Al+Li++e?AlLi D． 放電時，電子由石墨沿導(dǎo)線流向鋁 【答案】A 【解析】 電池充電時的總反應(yīng)化學(xué)方程式為Al+xC+Li++PF6-═AlLi+CxPF6，則放電時的總反應(yīng)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(yīng)式為AlLi-e-=Al+Li+，正極CxPF6得電子被還原，電極反應(yīng)式為CxPF6+e-=xC+PF6-，充電時，電極反應(yīng)與放電時的反應(yīng)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(yīng)，即Al+Li++e-=AlLi，所以鋁電極質(zhì)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(yīng)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(dǎo)線流向正極，即由鋁沿導(dǎo)線流向石墨，故D錯誤；故選A。 5．2016年7月報道，南開大學(xué)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(yīng)為：4Na＋＋4e－＋3CO2== 2Na2CO3＋C D． 放電時，每轉(zhuǎn)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(guān)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(yīng)式為放電時正極反應(yīng)式的逆過程，充電時陰極反應(yīng)式為放電時負極反應(yīng)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(yīng)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(yīng) B． 放電時，內(nèi)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(yīng)，電極方程式為Pb+SO42--2e-=PbSO4，PbO2為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為PbO2+4H++SO42--2e-=2H2O+PbSO4，在充電時，陰極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4+2e-=Pb+SO42-，陽極反應(yīng)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(cè)重于學(xué)生的分析能力和電化學(xué)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(yīng)，被氧化；正極得到電子，元素化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)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(yīng)，陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。 7．微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為SO42-的反應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)移，則有0.45molH+通過質(zhì)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(zhuǎn)化為SO42-，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是HS-+4H2O-8e-= SO42-+9H+；正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)4H++O2+4e-=2H2O，根據(jù)原電池的構(gòu)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(yīng)如圖所示。下列說法錯誤的是 A． 電池工作時，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽琗為電池的負極 B． 鍍鉑導(dǎo)電玻璃上發(fā)生氧化反應(yīng)生成I- C． 電解質(zhì)溶液中發(fā)生反應(yīng):2Ru3++3I-2Ru2++I3- D． 電池工作時，電解質(zhì)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(yīng)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(zhuǎn)化過程：太陽能→電能→化學(xué)能 B． 光照時負極的質(zhì)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(zhì)在氧氣中燃燒時的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(zhì)、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(guān)燃料電池的說法錯誤的是（ ） A． 上述燃料電池的負極反應(yīng)材料是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì) 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(zhì)常用KOH，該電池的負極反應(yīng)為C2H5OH－12e－＝2CO2↑＋3H2O D． 以KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，甲烷燃料電池的正極反應(yīng)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(yīng)物可以是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)，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(zhì)用KOH時，生成的二氧化碳會和其反應(yīng)生成碳酸鹽，負極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)殡娔? C． 電池工作時，Y極上發(fā)生還原反應(yīng) D． 電池的電解質(zhì)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(zhì)為I3－和I－的混合物，I3－在正極上得電子被還原，正極反應(yīng)為I3－+2e－=3I－． 【詳解】 【點睛】 本題是一道知識遷移題目，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，解題關(guān)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(zhì)是 Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移動。下列有關(guān)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(yīng)式為：CH4 + 10OH－－8e－=CO32－+7H2O C． 當(dāng)固體電解質(zhì)中有1 mol O2－通過時，電子轉(zhuǎn)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(guān)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(yīng) B． 正極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)，負極電極反應(yīng)式為Mg-2e-=Mg2+，正極電極反應(yīng)式為：ClO-+H2O+2e-=Cl-+2OH-，放電時，電解質(zhì)溶液中陰離子向負極移動。 【詳解】 14．一種用于驅(qū)動潛艇的液氨-液氧燃料電池原理示意如圖，下列有關(guān)該電池說法正確的是 A． 該電池工作時，每消耗22.4L NH3轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhì)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(zhì)為堿性，電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)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(xué)原理的應(yīng)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(yīng)是解答本題的關(guān)鍵，難點是電極反應(yīng)式的書寫，注意電解質(zhì)溶液的性質(zhì)，以及電解質(zhì)溶液中陰陽離子移動方向，為易錯點。