资源描述
考点四十二 非水燃料电池1锂-空气电池原理模型如图所示，下列说法不正确的是 A 电池正极可以吸附空气中氧气作为氧化剂B 正极反应为2Li+ + O2 + 2e- Li2O2C 电解质能传递锂离子和电子，不可以用水溶液D 负极反应Li - e-=Li+【答案】C2有报道称以硼氢化钠（NaBH4，强还原剂）和H2O2作原料的燃料电池，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如右图所示。下列说法错误的是（ ） A 电极b作正极，发生还原反应B 该电池的负极反应为：BH48OH8eBO26H2OC 每消耗3 mol H2O2，转移的电子为3 molD 不考虑能量损耗，当有1mol H2O2参加反应时，即有2 mol Na+从a极区移向b极区【答案】C3一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8mol电子B 电池工作时，CO32-向电极A移动C 电极A上只有H2参与电极反应，反应式为H2+2OH-2e-=2H2OD 电极B上发生的电极反应为O2+4e-=2O2-【答案】B【解析】ACH4CO，化合价由-4价+2价，上升6价，则1molCH4参加反应共转移6mol电子，A错误；B通氧气的一极为正极，则B为正极，A为负极，原电池中阴离子向负极移动，A为负极，所以CO32-向电极A移动，B正确；C通氧气的一极为正极，则B为正极，A为负极，负极上CO和H2被氧化生成二氧化碳和水，电极A反应为：H2+CO+2CO32-4e-=H2O+3CO2，C错误；DB电极上氧气得电子发生还原反应O2+2CO2+4e-2CO32-，D错误。4“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，下图是用固体氧化物作 “直接煤燃料电池”的电解质。有关说法正确的是 A 电极b为电池的负极B 电池反应为：C + CO2 = 2COC 电子由电极a沿导线流向bD 煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低【答案】C5如图所示是一种以液态肼(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。该固体氧化物电解质的工作温度高达700 -900时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A 电池内的O2-由电极乙移向电极甲B 电池总反应为N2H4+2O2= 2NO+2H2OC 当甲电极上有lmol N2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应D 电池外电路的电子由电极乙移向电极甲【答案】A【解析】A、在原电池内部，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，该装置中电极甲为负极，电极乙为正极，所以O2-由电极乙移向电极甲，故A正确；B、电池的总反应为N2H4+O2= N2+2H2O，故B错误；C、当甲电极上有lmol N2H4消耗时，转移4mol电子，根据电子转移守恒，则乙电极上有lmolO2参与反应，在标准状况下O2的体积为22.4L，但题目没有指明条件，故C错误；D、在外电路中，电子由负极（甲）移向正极（乙），故D错误。6某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见如图。下列说法正确的是（ ） A 此电池在常温时也能工作 B 正极电极反应式为：O2+2CO2-4e=2CO32C CO32向正极移动 D a为CH4，b为O2【答案】D7以柏林绿FeFe(CN)6为代表的新型可充电钠离子电池，其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是 A 放电时，正极反应为FeFe(CN)62Na+2eNa2FeFe(CN)6B 充电时，Mo（钼）箔接电源的负极C 充电时，Na+通过交换膜从左室移向右室D 外电路中通过0.2mol电子的电量时，负极质量变化为2.4g【答案】B【解析】A、根据工作原理，Mg作负极，Mo作正极，正极反应式为FeFe(CN)6+2Na+2e=Na2FeFe(CN)6，故A正确；B、充电时，电池的负极接电源的负极，电池的正极接电源的正极，即Mo箔接电源的正极，故B说法错误；C、充电时，属于电解，根据电解原理，Na应从左室移向右室，故C说法正确；D、负极上应是2Mg4e2Cl=Mg2Cl22，通过0.2mol电子时，消耗0.1molMg，质量减少2.4g，故D说法正确。8如图是NO2和O2形成的原电池装置。下列说法不正确的是 A 石墨做正极,O2发生还原反应B 该电池放电时NO3-从右侧向左侧迁移C 当消耗1mol NO2时，电解质中转移1mol eD 石墨附近发生的反应为NO2+NO3-e-=N2O5【答案】C9新华网报道，我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该技术实现了H2S废气资源回收利用并获得能量，原理如图所示。下列说法正确的是（ ） A 电极b为电池负极B 电极a上的电极反应： 2H2S+2O2-4e-=S2+2H2OC 电极b上的电极反应： O2+4e-+4H+=2H2OD 电路中每流过4mol电子，正极消耗44.8LH2S【答案】B10钠-氯化镍电池以 -Al2O3(Al2O3x Na2O)作为固体电解质构成的一种新型电池(2Na+NiCl2Ni+2NaCl ), 其结构如图所示。下列关于该电池的叙述错误的是A 放电时 NaCl在熔融电解质中生成B 充电时阴极反应: Na+ + e- NaC 氯离子通过-Al2O3(s)在两电极间移动D 如果电池过度放电, AlCl4-可能被还原【答案】C【解析】钠离子向正极移动、氯离子向负极移动，所以放电时 NaCl在熔融电解质中生成，故A正确；阴极发生还原反应，充电时阴极反应: Na+ + e- Na，故B正确；氯离子通过-Al2O3(s)向负极移动，故C错误；如果电池过度放电, AlCl4-可能被还原为Al，故D正确。11电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH在5.06.0之间，通过电解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，其原理如图所示。下列说法正确的是 A 石墨电极上发生氧化反应 B 通甲烷的电极反应式：CH4+4CO32-8e-=5CO2+2H2OC 通空气的电极反应式为O2+4e-=2O2- D 甲烷燃料电池中CO32-向空气一极移动【答案】B【解析】A、根据甲烷燃烧时化合价的变化情况，可知甲烷中的C元素化合价升高，失去电子，甲烷在负极发生氧化反应，与之相连接的石墨为阴极，发生还原反应，所以A错误；B、以熔融的碳酸盐为电解质，则通甲烷的负极反应为CH4+4CO32-8e-=5CO2+2H2O，所以B正确；C、由装置图所含信息可知，通空气的正极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-，所以C错误；D、在电池内部，阴离子向负极移动，所以甲烷燃料电池中CO32-向通甲烷的负极移动，故D错误。12利用“NaCO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，放电反应方程式为4Na3CO22Na2CO3C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图3所示，下列说法中错误的是（ ） A 电流流向为：MWCNT导线钠箔B 放电时，正极的电极反应式为 3CO24Na4e=2Na2CO3CC 原两电极质量相等，若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2 mole时，两极的质量差为11.2gD 选用髙氯酸钠-四甘醇二甲醚做电解液的优点是导电性好，与金属钠不反应，难挥发【答案】C13一种Cu- Li可充电电池的工作原理如图所示，其中非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片( LISICON)隔开。下列说法正确的是( ) A 陶瓷片允许水分子通过B 电池放电时，N极发生氧化反应C 电池充电时，阴极反应为Li+e-=LiD 电池充电时，接线柱B应与外接直流电源的负极相连【答案】C14熔融碳酸盐燃料电池(Molen Cathomale Fuel Cell)简称MCFC，具有高发电效率。工作原理示意图如图。下列说法正确的是 A 电极M 为负极，K+、Na+移向MB 电池工作时，熔融盐中CO32-物质的量增大C A 为CO2，正极的电极反应为：O2+4e-+2CO2= 2CO32-D 若用MCFC给铅蓄电池充电，电极N接Pb极【答案】C15锌-铈液流电池体系作为氧化还原液流电池中的新生一代,有着诸多的优势，如开路电位高、污染小等。锌-铈液流电池放电时的工作原理如图所示,其中，电极为惰性材料,不参与电极反应。下列有关说法正确的是 A 放电时，电池的总反应式为2Ce4+Zn=Zn2+2Ce3+B 充电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应C 充电时,当电路中通过0.1mol电子时,b极增加14gD 选择性离子膜为阴离子交换膜，能阻止阳离子通过【答案】A【解析】A. 放电时，负极反应式为Zn-2e-= Zn2+，正极反应式为2Ce4+ +2e -=2Ce3+，故电池的总反应式为2Ce4+Zn=Zn2+2Ce3+，故A正确；B. 充电时，a极为阴极，发生含有反应，b极为阳极，发生氧化反应，故B错误；C. 充电时，当电路中通过0.1mol电子时，b极生成了0.1mol Ce4+，Ce4+不在b极上析出，故C错误；D.充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，加入的H+起平衡电荷的作用，故为质子交换膜，故D错误；故选A。16某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5分钟，通话2小时。一种石墨烯锂硫电池(2Li+S8=Li2S8)工作原理示意图如图。下列有关该电池说法不正确的是 A 金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料B 充电时A电极为阴极，发生还原反应C 充电时B电极的反应:Li2S8-2e-=2Li+S8D 手机使用时电子从A电极经过手机电路版流向B电极，再经过电池电解质流回A电极【答案】D17某科研机构以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池另一极为金属锂和石墨的复合材料，电解质只传导锂离子，通过在宝温条件下对锂离于电池进行循环充放电，成功实现了对磁性的可逆调控(见图)。下列说法正确的是 A 电解质可以用Li2SO4溶液B 充电时，Fe作为阴极，电池不被磁铁吸引C 放电时，正极反应 为Fe2O3+6Li+6e-=2Fe+3Li2OD 充电时，阴极反应为: Li2O +2e-=2Li+O2-【答案】C【解析】A. 电极锂是活泼金属能与水反应，故电解质不可以用Li2SO4溶液，选项A错误；B. 充电时，Fe作为阳极，电池被磁铁吸引，失电子后产生氧化铁不被磁铁吸引而断开，选项B错误；C. 放电时，正极Fe2O3得电子产生铁，反应 为Fe2O3+6Li+6e-=2Fe+3Li2O，选项C正确；D. 充电时，阴极反应为:Li2O +Fee-=Li+ Fe2O3，选项D错误。18以熔融Na2CO3为电解质，H2和CO混合气为燃料的电池原理如图所示。下列说法正确的是（ ） A b是电池的负极B 该电池使用过程中需补充Na2CO3C a、b两级消耗气体的物质的量之比为2:1D 电极a上每消耗22.4L原料气体，电池中转移电子数约为2NA【答案】C192009年，美国麻省理工学院的唐纳德撒多维教授领导的小组研制出一种镁一锑液态金属储能电池。该电池工作温度为700摄氏度，其工作原理如图所示: 该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，充放电时中间层熔融盐的组成及浓度不变。下列说法正确的是A 该电池放电时，正极反应式为Mg2+-2e-=MgB 该电池放电时，Mg(液)层生成MgCl2，质量变大C 该电池充电时，Mg-Sb(液)层中Mg发生氧化反应D 该电池充电时，熔融盐中的Cl-进入Mg-Sb(液)层【答案】C【解析】试题分析：由图中电子的流向可知，Mg为负极。因为是储能电池，所以该电池可以放电也可以由此充电。放电时镁被氧化为镁离子，所以充电时，镁离子被还原为镁。A. 该电池放电时，正极反应式为Mg2+2e-=Mg，A不正确；B. 该电池放电时，Mg(液)层生成Mg2+进入熔融盐中，质量变小，B不正确；C. 该电池充电时，Mg-Sb(液)层中Mg发生氧化反应，C正确；D. 该电池充电时，熔融盐中的Cl-不进入Mg-Sb(液)层，而是Mg2+进入熔融盐中，D不正确。20锂一铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O=2Cu+2Li+2OH-，下列说法不正确的是 A 该电池负极不能用水溶液作为电解质B 放电时，Li+透过固体电解质向Cu极移动C 通空气时铜被腐蚀，表面产生Cu2OD 放电时，正极的电极反应式为：O2+2H2O+4e-4OH-【答案】D21已知：2H2S(g)+O2(g) = S2(s)+2H2O(l) H= -632 kJmol-1，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是 A 电极a上发生的电极反应式为：H2S - 2e- = S+2H+B 电池工作时，电流从电极b经过负载流向电极aC 电路中每流过1 mol电子，电池内部释放158 kJ的热能D 每11.2 LH2S参与反应，有1 mol H+经固体电解质膜进入正极区【答案】B22（1）地下钢管连接镁块是金属防腐措施中的_法。（2）铅及其化合物可用于蓄电池，耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题：铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为_；铅的最高价氧化物对应水化物的酸性比碳酸的_(填“强”或“弱”)。PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为_。铅蓄电池放电时的正极反应式为_ ，当电路中有2mol电子转移时，理论上两电极质量变化的差为_ g。（3）NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见下图，石墨为电池的_极；该电池在使用过程中石墨电极上生成氧化物Y，其电极反应式为_。 【答案】 牺牲阳极的阴极保护法 第六周期第IVA 族 弱 PbO2 + 4HCl(浓)= PbCl2 + Cl2 + 2H2O PbO2 + 2e- + 4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O 32 负 NO2 e- + NO3- = N2O523消除氮氧化物（主要为NO和NO2)污染是“蓝天计划”的重要内容之一。（1）甲烷还原方法是在催化剂作用下可消除氮氧化物（主要为NO和NO2)污染， NO、O2和CH4的混合物反应体系主要发生如下反应：2NO(g) + O2(g)2NO2(g) H113.0 kJmol-1 CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (g) H802. 3 kJmol-1 CH4(g) + 4NO(g)2N2(g) + CO2(g) + 2H2O (g) H1160 kJmol-1 则反应CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O (g) 的H _。 反应CH4(g) + 2O2(g)CO2(g) +2H2O (l) Ha kJmol-1，则a _ 802. 3（填“”、“”或“”）。 在一定温度下，提高反应中NO 转化率可采取的措施是 _。（2）利用电化学装置可消除氮氧化物污染，变废为宝。 图装置实现的能量转化形式是_。石墨电极上发生的电极反应方程式为_。相同条件下，放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为_。 图为电解NO制备NH4NO3的装置。该装置中阳极的电极反应式为_。“反应室”中发生反应的离子方程式为_。【答案】 -868.15kJmol-1 增大CH4浓度或移走生成物 化学能转化为电能 O2+4e+2N2O54NO3 4:1 NO3e+2H2ONO3+4H+ NH3+H+NH4+因此，本题正确答案为： -868.15kJmol-1； ； 增大CH4浓度或移走生成物；（2）图装置为燃料电池，化学能转化为电能，负极上通入NO2，正极上通入O2，根据电解质知，负极电极反应式为NO2-e-+NO3-N2O5，石墨电极为正极，电极反应式为O2+2N2O5+4e-4NO3-，放电过程中两电极电子守恒，由两电极反应式可知：消耗的NO2和O2的体积比为4:1；图为电解装置。阳极发生氧化反应，电极反应式为NO3e+2H2ONO3+4H+。阴极发生还原反应，电极反应式为NO+5e+6H+NH4+H2O，“反应室”中发生反应的离子方程式为NH3+H+NH4+。因此，本题正确答案为：化学能转化为电能； O2+4e+2N2O54NO3； 4:1 ； NO3e+2H2ONO3+4H+ ； NH3+H+NH4+。24研究大气中含硫化合物(主要是H2S和SO2)的转化具有重要意义。(1)H2S资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。 电极a为电池的_极，电极b上发生的电极反应为：_。每17gH2S参与反应，有_mol H+经质子膜进入_极区。(2)低浓度SO2废气的处理是工业难题，目前常用的方法如下： Na2SO3溶液吸收SO2的化学方程式是_。如果用含等物质的量溶质的下列各溶液分别吸收SO2，则理论吸收量最多的是（_）ANa2SO3 BNa2S CBa(NO3)2 D酸性KMnO4【答案】 负 O2+4H+4e= 2H2O 1 正 Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3 c【解析】分析：(1)根据2H2S（g）+O2（g）S2（s）+2H2O反应，得出负极H2S失电子发生氧化反应，正极O2得电子发生还原反应，据此分析解答；（2）依据PH和离子积常数计算溶液中氢氧根离子浓度结合钠离子浓度计算比值；依据溶液中质子守恒分析书写离子浓度关系。25汽车尾气中含有CO、NO等有害气体。（1）汽车尾气中NO生成过程的能量变化示意图如下： 该条件下，1mol N2和1molO2完全反应生成NO，会_（填“吸收”或“放出”）_kJ能量。（2）通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如下图所示： NiO电极上发生的是_反应（填“氧化”或“还原”）。外电路中，电子的流动方向是从_电极流向_电极（填“NiO”或“Pt”）；Pt电极上的电极反应式为_。（3）一种新型催化剂能使NO和CO发生反应：2NO2CO 2CO2N2。已知增大催化剂的比表面积可提高该反应速率。为了验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下表中。实验编号t（）NO初始浓度（mol/L）CO初始浓度（mol/L）催化剂的比表面积（m2/g）2801.201035.80103822801.20103B124350A5.8010382 请把表中数据补充完整：A_；B_。能验证温度对化学反应速率影响规律的是实验_（填实验序号）。实验和实验中，NO的物质的量浓度c（NO）随时间t的变化曲线如下图所示，其中表示实验的是曲线_（填“甲”或“乙”）。 【答案】 吸收 183 氧化 NiO Pt O24e2O2 1.20103 5.80103 实验和实验 乙动无影响，则平衡不移动，但的速率大，则先达到化学平衡，其中表示实验的是曲线乙。26请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。(1)工业上可利用CO或CO2来制备清洁液体燃料甲醇。已知: 800时反应:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) H=-90.8 kJ/mol反应:H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) H=+41.2kJ/mol(1)写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式_。(2)对于反应，在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示。据此判断 压强P1_P2(填“”“ = ”或“”)。(2) 某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，则得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示，利用以下反应：NO+CON2+CO2( 有CO) 2NON2+ O2 (无CO) 若不使用CO，温度超过775，发现NO的分解率降低，其可能的原因为: _；在n(NO)/n(CO)= 1的条件下，应控制最佳温度在_左右。用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染，写出C2H6与NO2发生反应的化学方程式_。以NO2、O2 熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物Y，则该电极反应式为_。(3) 天然气的一个重要用途是制取氢气，其原理如下： 已知: 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) H1CH4(g)+ 2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H2 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H31)科学家提出一种利用天然气制备氢气的方法: CH4(g)+ CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) H=_2)这种方法的推广与使用，不仅实现资源综合利用，而且还能解决环境问题是_。【答案】 ad 该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行 870 (850到900之间都可以) 4C2H6+ 14NO28CO2+7N2+12H2O NO2+ NO3-e-=N2O5 H=H2-H1-H3 减少温室气体排放，缓解温室效应是：该反应是放热反应，升高温度更有利于反应向逆反应方向进行。根据图像当n（NO）/n（CO）=1时，870左右NO的转化率最大，所以应控制的最佳温度在870左右。烃催化还原NOx可消除氮氧化物的污染，氮氧化物被还原为N2，则烃转化成CO2和H2O，C2H6与NO2反应的化学方程式为4C2H6+14NO28CO2+12H2O+7N2。石墨II通入O2，石墨II为正极，石墨I为负极，Y是一种氧化物，NO2发生氧化反应生成Y，Y为N2O5，电极反应式为NO2-e-+NO3-=N2O5。（3）应用盖斯定律，将-得，CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）H=H2-H1-H3。这种方法的推广与使用，不仅实现资源综合利用，而且还能解决的环境问题是：减少温室气体的排放，缓解温室效应。
展开阅读全文