2020届高三化学一轮复习——各种各样的“燃料电池”专题训练(有答案和详细解析)

2020届高三化学一轮复习——各种各样的“燃料电池”专题训练（有答案和详细解析）一、选择题1．某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。

所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。

已知该电池的总反应为2H 2＋O 2===2H 2O ，正极反应为O 2＋2CO 2＋4e －===2CO 2－3，则下列推断正确的是( )A ．负极反应为H 2＋2OH －－2e －===2H 2OB ．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性C ．该电池供应2 mol 水蒸气，同时转移2 mol 电子D ．放电时负极有CO 2生成 答案 D解析 由总反应式减去正极反应式得到负极反应式：2H 2＋2CO 2－3－4e －===2H 2O ＋2CO 2，则可判断负极有CO 2生成，A 项错误，D 项正确；该电池使用的电解质是熔融的碳酸钾，在常温下无法工作，B 错误；该电池供应2 mol 水蒸气时，转移的电子为4 mol ，C 错误。

2．一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH 溶液中，分别向两极通入乙烷(C 2H 6)和氧气，其中某一电极反应式为C 2H 6＋18OH －－14e －===2CO 2－3＋12H 2O 。

有关此电池的推断不正确的是( ) A ．通入氧气的电极为正极B ．参加反应的O 2与C 2H 6的物质的量之比为7∶2 C ．放电一段时间后，KOH 的物质的量浓度将下降D ．放电一段时间后，正极区附近溶液的pH 减小 答案 D解析 A 项，通入乙烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，正确；B 项，1 mol 乙烷参与反应时转移14 mol 电子，则参与反应的氧气的量为14 mol 4＝72 mol ，正确；C 项，根据电极反应式或总反应方程式可知，氢氧化钾被消耗，正确；D 项，放电时正极产生OH －，则pH 增大，错误。

3．关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：①微生物促进了电子的转移 ②微生物所在电极区放电时发生还原反应 ③放电过程中，H ＋从正极区移向负极区 ④正极反应式为：MnO 2＋4H ＋＋2e －===Mn 2＋＋2H 2O ，正确的是( )A．④B．①③C．①④D．②③答案C解析①在微生物作用下C m(H2O)n转化为CO2促进电子的转移，正确；②微生物在右侧，右侧电极为电源的负极，所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应，错误；③根据电流的方向，放电过程中，H＋从负极区移向正极区，错误；④电池左侧为电池的正极区，MnO2在H＋条件下发生得电子反应，所以正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，正确。

4．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。

一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。

下列关于该电池的叙述正确的是()A．b电极发生氧化反应B．a电极的电极反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2OC．放电时，电流从a电极经过负载流向b电极D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜答案B解析燃料电池燃料(N2H4)在负极(a电极)发生氧化反应：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O，O2在正极发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH－在正极生成，移向负极，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。

5．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。

质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。

下列说法错误的是()A．电极a为电池的负极B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．电路中每通过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2SD．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区答案C解析根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该有2 mol H2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8 L，故C错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 mol H＋经质子膜进入正极区，故D正确。

6．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。

下列有关该电池的说法正确的是()A ．反应CH 4＋H 2O=====催化剂△3H 2＋CO ，每消耗1 mol CH 4转移12 mol 电子 B ．电极A 上H 2参与的电极反应为：H 2＋2OH －－2e －===2H 2O C ．电池工作时，CO 2－3向电极B 移动D ．电极B 上发生的电极反应为：O 2＋2CO 2＋4e －===2CO 2－3 答案 D解析 A 项，C －4H 4→C ＋2O ，则该反应中每消耗1 mol CH 4转移6 mol 电子，错误；B 项，该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A 电极即负极上H 2参与的电极反应为H 2＋CO ＋2CO 2－3－4e －===3CO 2＋H 2O ，错误；C 项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B 极是正极，错误；D 项，B 电极即正极上O 2参与的电极反应为O 2＋4e －＋2CO 2===2CO 2－3，正确。

7．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运及污染小等特点。

如图为镁—次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是( )A ．该燃料电池中镁为负极，发生氧化反应B ．正极反应式为ClO －＋H 2O ＋2e －===Cl －＋2OH －C ．放电过程中OH －向正极移动D ．电池总反应式为Mg ＋ClO －＋H 2O===Mg(OH)2↓＋Cl －答案 C解析 镁失电子发生氧化反应而作负极，A 选项正确；正极上次氯酸根离子得电子发生还原反应，电极反应式为ClO －＋H 2O ＋2e －===Cl －＋2OH －，B 选项正确；放电过程中氢氧根离子向负极移动，C 选项错误；镁在负极上失电子生成镁离子，次氯酸根离子在正极上得电子和水生成氯离子和氢氧根离子，所以电池反应式为Mg ＋ClO －＋H 2O===Mg(OH)2↓＋Cl －，D 选项正确。

8．(2019·浙江镇海中学模拟)一种酸性“二甲醚(CH 3OCH 3)直接燃料电池”具有启动快、能量密度高、效率好等优点，其电池原理如图所示。

下列有关该电池的说法不正确的是( )A ．多孔碳a 能增大气固接触面积，提高反应速率，该电极为负极B ．电极b 上发生的反应为：CH 3OCH 3－12e －＋3H 2O===2CO 2＋12H ＋C ．H ＋由b 电极向a 电极迁移D ．二甲醚直接燃料电池能量密度(kW·h·kg －1)约为甲醇(CH 3OH)直接燃料电池能量密度的1.4倍 答案 A解析 采用多孔导电材料，可以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，而该极是氧气放电，所以是正极，而不是负极，A 错误；电极b 是负极，发生氧化反应，电极反应式为：CH 3OCH 3－12e －＋3H 2O===2CO 2＋12H ＋，B 正确；阳离子向正极移动，所以H ＋由b 电极向a 电极迁移，C 正确；二甲醚提供1 mol 电子所需质量为4612 g ，而甲醇(CH 3OH)提供1 mol 电子所需质量为326 g ，所以二甲醚直接燃料电池能量密度(kW·h·kg －1)约为甲醇(CH 3OH)直接燃料电池能量密度的326÷(4612)≈1.4倍，D 正确。

9．(2018·浙江4月选考，17)锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是( )A．金属锂作负极，发生氧化反应B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－D．电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH答案C解析锂(Li)—空气电池，锂作负极，空气作正极。

负极反应：4Li－4e－===4Li＋，正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。

在电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以A、B、D正确，C错误。

10．(2019·全国卷Ⅰ，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，示意图如图所示。

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，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋C．正极区，固氮酶为催化剂，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答案B解析由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。

该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应：MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜由左侧(负极区)向右侧(正极区)移动，D项正确。

11．(2019·全国卷Ⅲ，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。

电池反应ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。

为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)放电充电下列说法错误的是()A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区答案D解析该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。