2019高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專題43 燃料電池講解.doc

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專題43 燃料電池 一、高考題再現(xiàn) 1．（2016課標(biāo)Ⅲ）鋅?空氣燃料電池可用作電動(dòng)車動(dòng)力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)為 2Zn+O2+4OH–+2H2O===2Zn(OH)。下列說法正確的是（ ） A．充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中K+向陽極移動(dòng) B．充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中逐漸減小 C．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Zn+4OH–-2e–===Zn(OH) D．放電時(shí)，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣22.4 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況） 【答案】C 2．（2015江蘇）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是（ ） A．反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol 電子 B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為：H2＋2OH－－2e－=2H2O C．電池工作時(shí)，CO32－向電極B移動(dòng) D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－ 【答案】D 【解析】A、1molCH4→CO，化合價(jià)由-4價(jià)→+2上升6價(jià)，1molCH4參加反應(yīng)共轉(zhuǎn)移6mol電子，故錯(cuò)誤；B、環(huán)境不是堿性，否則不會(huì)產(chǎn)生CO2，其電極反應(yīng)式：CO＋H2＋2CO32－－4e－=3CO2＋H2O，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)原電池工作原理，電極A是負(fù)極，電極B是正極，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)電池原理，O2、CO2共同參加反應(yīng)，其電極反應(yīng)式：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，故D正確。 二、考點(diǎn)突破 1、固體電解質(zhì) 典例1（2018屆黑龍江省哈爾濱市第三中學(xué)高三第二次模擬考試）已知：2H2S(g)+O2(g) = S2(s)+2H2O(l) △H= -632 kJ?mol-1，如圖為質(zhì)子膜H2S燃料電池的示意圖。下列說法正確的是 A． 電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：H2S - 2e- = S+2H+ B． 電池工作時(shí)，電流從電極b經(jīng)過負(fù)載流向電極a C． 電路中每流過1 mol電子，電池內(nèi)部釋放158 kJ的熱能 D． 每11.2 LH2S參與反應(yīng)，有1 mol H+經(jīng)固體電解質(zhì)膜進(jìn)入正極區(qū) 【答案】B 2、電解質(zhì)水溶液 典例2（2018屆廣西北海市高三第一次模擬考試）第三代混合動(dòng)力車，可以用電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或二者結(jié)合推動(dòng)車輪。汽車上坡或加速時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供推動(dòng)力，降低汽油的消耗；在剎車或下坡時(shí)。電池處于充電狀態(tài)?；旌蟿?dòng)力車目前一般使用鎳氫電池，該電池中鎳的化合物為正極，儲(chǔ)氫金屬(以M表示)為負(fù)極。堿液(主要為KOH)為電解質(zhì)溶液。鎳氫電池充放電原理如圖所示，其總反應(yīng)式為H2+2NiOOH2Ni(OH)2以下說法正確的是 A． 混合動(dòng)力車上坡或加速時(shí)，乙電極為負(fù)極 B． 混合動(dòng)力車在剎車或下坡時(shí)，乙電極的電極反應(yīng)式為Ni(OH)2+OH--e-==NiOOH+H2O C． 混合動(dòng)力車上坡或加速時(shí)，電解質(zhì)溶液中的OH-向乙電極周圍移動(dòng) D． 混合動(dòng)力車上坡或加速時(shí)，乙電極周圍溶液的pH減小 【答案】B 典例3（2018屆福建省南平市高三第一次綜合質(zhì)量檢查）有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有X的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，制造出新型燃料電池，裝置如圖所示。下列說法正確的是 A． 放電時(shí)H+向左移動(dòng)，生成的物質(zhì)X是NH4Cl B． 通入H2的一極為正極 C． 通入N2的電極反應(yīng)為：N2+6H+-6e-=2NH3 D． 放電過程右邊區(qū)域溶液pH逐漸增大 【答案】A 【解析】以N2、H2為原料，以溶有X的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液構(gòu)成新型燃料電池，正極發(fā)生還原反應(yīng)，即氮?dú)獗贿€原生成NH4+，電極反應(yīng)式為N2+6e-+8H+=2NH4+；負(fù)極是氫氣失電子生成氫離子，電極方程式為H2-2e-=2H+，總反應(yīng)為：N2+ 3H2+2HCl=2NH4Cl。A. 放電時(shí)H+向正極移動(dòng)，即向左移動(dòng)，生成的物質(zhì)X是NH4Cl，A正確；B. 通入H2的一極為負(fù)極，B錯(cuò)誤；C. 通入N2的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，N2+6e-+8H+=2NH4+，C錯(cuò)誤；D. 放電過程右邊區(qū)域?yàn)樨?fù)極區(qū)，H2-2e-=2H+，溶液pH逐漸減小，D錯(cuò)誤。 典例4（2018屆天津市六校（靜海一中、楊村一中、寶坻一中等）高三上學(xué)期期末聯(lián)考）我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種雙室微生物燃料電池，以苯酚（C6H6O）為燃料，同時(shí)可除去酸性廢水中的硝酸鹽。下列說法正確的是 A． a極的電極反應(yīng)式為C6H6O+11H2O + 28e－＝6CO2↑ + 28H+ B． 外電路電子移動(dòng)方向由b極到a極 C． 若正極產(chǎn)生5.6L氣體（標(biāo)況下），則轉(zhuǎn)移電子2.5mol D． 電池工作一段時(shí)間后，左池溶液的pH增大 【答案】C 典例5（2018屆山東省棗莊第八中學(xué)東校區(qū)高三3月月考）2017年9月亮相、2018年上市的奔馳燃料電池汽車GLCF-Cell，其電池采用的是質(zhì)子交換膜燃料電池，工作原理如下圖所示，則下列敘述正確的是 A． H2 作正極 B． 正極反應(yīng)式為O2+4OH-+4e-=2H2O C． 導(dǎo)電微粒在電池內(nèi)部由負(fù)極定向移動(dòng)至正極 D． 總反應(yīng)式為2H2+O22H2O 【答案】C 典例6（2018屆重慶市綦江區(qū)高三年級(jí)第一學(xué)期期中考試）液體燃料電池相對(duì)于氣體燃料電池具有體積小，無需氣體存儲(chǔ)裝置等優(yōu)點(diǎn)。一種以肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，H2SO4作為電解質(zhì)。下列關(guān)于該燃料電池的敘述正確的是 ( ) A． 電流從左側(cè)電極經(jīng)過負(fù)載后流向右側(cè)電極 B． 該燃料電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)式為N2H4-4e-N2↑+4H+ C． 利用該燃料電池工業(yè)上可以電解熔融MgCl2 制備Mg D． 該燃料電池持續(xù)放電時(shí)，右側(cè)電池區(qū)中因電極反應(yīng)消耗H+，故c(H+)逐漸減小 【答案】C 【解析】A. 由題中信息可知，通入肼的電極為負(fù)極，通入氧氣的電極為正極，所以電流從右側(cè)電極經(jīng)過負(fù)載后流向左側(cè)電極， A不正確；B. 該燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為N2H4-4e-N2↑+4H+，正極發(fā)生還原反應(yīng)，B不正確；C. 利用該燃料電池工業(yè)上可以電解熔融MgCl2 制備Mg，理論上是可行的，C正確；D. 該燃料電池持續(xù)放電時(shí)，右側(cè)電池區(qū)中電極反應(yīng)消耗H+，同時(shí)有等量H+的從左側(cè)經(jīng)質(zhì)子交換膜遷移到右側(cè)，由于電極反應(yīng)生成水，硫酸的濃度變小，所以 c(H+)逐漸減小，D不正確。 典例7（2018屆貴州省黔東南州高三第一次模擬考試）二甲醚（CH3OCH3）燃料電池的工作原理如右圖，有關(guān)敘述正確的是 A． 該裝置能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能100%轉(zhuǎn)化為電能 B． 電子移動(dòng)方向?yàn)椋篴極→b極→質(zhì)子交換膜→a極 C． a電極的電極反應(yīng)式為：CH3OCH3+3H2O=2CO2+12e-+12H+ D． 當(dāng)b電極消耗22.4LO2時(shí)，質(zhì)子交換膜有4moIH+通過 【答案】C