微生物燃料电池练习题

微生物燃料电池与电解氯化铝制备单质铝

Ⅰ.美国俄勒冈州立大学的研究团队近日在英国《能源与环境科学》期刊发表了一篇文章，阐述了他们的发明：利用微生物燃料电池从废水里面提取出电能。参与该研究的一位教授解释说：“废水中其实含有巨大的电能，但它们通常都被捆绑在有机分子上，非常难提取和利用。我们发明了一种新型的微生物燃料电池，里面的微生物在产出净水的时候，是要吃进有机物的，但我们给系统接上了阴极和阳极，利用两电极之间的吸力先将附在有机分子上的电子吸出来，让它们形成一股电流，从而产生了电能。”

1.请你用“化学语言”简要复述这位教授的解释。

2.请你分析这项发明的前景。

3.利用微生物发电也有其他形式，比如沼气发电，其原理是利用微生物先生成甲烷，再转化为电能。在通常情况下，8gCH4完全燃烧生成CO2和液态H2O时，放出445 kJ的热量。写出热化学方程式

现有一碱性（利用KOH溶液做电解质溶液）甲烷燃料电池，请你写出该电池的电极反应式：负极：

正极：

在电池工作时，负极周围溶液的pH（忽略溶液体积的变化）（选填“变大”“变小”或“基本不变”）

若用甲烷燃料电池作为电源电解饱和食盐水制备烧碱和氯气，从理论上计算，160kgCH4产生的电能最多可制取多少吨30%的烧碱溶液？同时获得多少立方米（标准状况）氯气？

Ⅱ.1.电解法用来制备比较活泼的金属。其前提是该化合物必须是（）

A.碱性氧化物

B.金属氧化物

C.共价化合物

D.离子化合物

2.制备铝单质就是在加入冰晶石（助熔剂）的条件下，高温电解熔融Al2O3，电解槽的阳极材料一般选用，在实际生产过程中，需要定期补充该材料，这是因为

。

3.过去认为不可能用电解AlCl3来制铝的，但近年来，这种说法被打破，比如电解NaCl-AlCl3熔盐体系制金属铝，并取得初步研究成果。工艺如下：用氧化铝为原料，制得无水AlCl3，再制备AlCl3离子型液体（例如AlCl3－NaCl），以此AlCl3离子型液体进行电解。

实验证明，在阳极发生的电解反应是AlCl4-失去电子生成离子Al2Cl7-，试写出该电极反应式。

生成的Al2Cl7-离子移动到阴极，并在阴极得电子生成Al单质。试写出该电极反应式

Ⅰ.1.废水中的有机物储存着大量的能量。某些微生物能够吸收分解这些有机物，利用这些微生物可以净化废水，给该净水系统连接正极和负极两个电极，构成原电池，就可以使微生物分解有机物过程中产生的能量转变为电能（有机物在负极上失去电子，通过导线移动到正极，在电路中产生电流）。

2.（1）净化废水的一种创新方法。

（2）微生物在净水过程中，直接产生的便是电能，不需要进行转化，可以预计生产设施较其他方法简单一些，生产成本降低。

（3）这种系统的原料随处可见，厕所排放物、稻草、酿酒废渣等都可以。

（4）节约用水的新途径。

（5）减排减污的新方法。

（6）提供电力，间接减轻其它发电形式带来的资源、环境等问题。

3.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890kJ/mol

负极：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O

正极：O2+2H2O+4e-=4OH-

Ⅱ.1.D

2.石墨。阳极生成氧气，在高温下与石墨反应生成一氧化碳和二氧化碳，使石墨不断消耗，所以在生产过程中需要补充阳极材料。

3.电极反应：4AlCl4--2e- =2Al2Cl7-+Cl2（2分）

电极反应：4Al2Cl7- +3e- = 7AlCl4-+Al （2分）

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。