1、第 2 课时 燃料电池 课时训练 20 燃料电池 一、非标准 1.氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转变为电能,而不经过热能这一中间形式, 已用于 宇宙飞船及潜艇中,其电极反应为: 负极:2H 2+4OH-4e- 4H2O 正极:O 2+2H2O+4e- 4OH- 所产生的水还可作为饮用水,今欲得常温下 1 L 水,则电池内电子转移的物质的量约为( ) A.8.910-3 mol B.4.510-2 mol C.1.1102 mol D.5.610 mol 解析:正负极反应合并得:2H 2+O2 2H2O,若转移 4 mol 电子,则生成 2 mol H2O,欲生成 1 L 水即 mol,转
2、移电子为2 mol1.110 2 mol。 答案:C 2.质子交换膜燃料电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料 ,空气 为氧化剂,铂作催化剂,导电离子是 H+。下列对该燃料电池的描述中正确的是( ) 正极反应为:O 2+4H+4e- 2H2O 负极反应为:2H 2-4e- 4H+ 总的化学反应为:2H 2+O2 2H2O 氢离子通过电解质向正极移动 A. B. C. D. 解析:燃料电池中的反应不是在点燃的条件下进行的,故错。因为导电离子是 H+,且向正极 移动,所以正极反应为 O2+4H+4e- 2H2O,电子由负极通过外电路流向正极。 答案:C 3.美国加州 Mi
3、ramar 海军航空站安装了一台 250 kW 的 MCFC 型燃料电池, 该电池可同时供 应电和水蒸气,其工作温度为 600700 ,所用燃料为 H2,电解质为熔融的 K2CO3。该电池的 总反应为 2H2+O2 2H2O,负极反应为 H2+C-2e- H2O+CO2。则下列推断中正确的是( ) A.正极反应:4OH -4e- 2H2O+O2 B.当电池生成 1 mol H2O 时,转移 4 mol 电子 C.放电时 C 向负极移动 D.放电时 C 向正极移动 解析:总反应减去负极反应求得正极反应为:O 2+4e-+2CO2 2C,故 A 项错误;由总反应知每 生成 1 mol 水,转移 2
4、 mol 电子,故 B 项错误; 放电时,C 向负极移动,C 项正确;D 项错误。 答案:C 4.有四种燃料电池:A.固体氧化物燃料电池 B.碱性氢氧化物燃料电池 C.质子交换膜燃料 电池 D.熔融盐燃料电池,下面是工作原理示意图, 其中正极反应生成水的是( ) 解析:A 项,正极反应生成 O2-;B 项,正极反应生成 OH-;C 项,正极反应生成 H2O;D 项,正极反应 生成 C。 答案:C 5.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆氧 化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子 (O2-)在其间通过。该电池的工作原理 如图所示,其中多
5、孔电极 a、b 均不参与电极反应。下列判断正确的是( ) A.有 O2 放电的 a 极为电池的负极 B.有 H2 放电的 b 极为电池的正极 C.a 极对应的电极反应为 O2+2H2O+4e- 4OH- D.该电池的总反应方程式为 2H2+O2 2H2O 解析:固体介质允许 O2-通过,说明为非水体系,因此 a 极反应不正确,这种表达是水溶液中进行 的反应,a 极反应应该是:O 2+2e- O2-,b 极反应: H2-2e- 2H+,总反应方程式是 H2+O2 H2O。 答案:D 6.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为: CH3CH2OH-4e- +H2O CH3COOH
6、+4H+。下列有关说法正确的是( ) A.检测时,电解质溶液中的 H+向负极移动 B.若有 0.4 mol 电子转移,则在标准状况下消耗 4.48 L 氧气 C.电池反应的化学方程式为:CH 3CH2OH+O2 CH3COOH+H2O D.正极上发生的反应为:O 2+4e-+2H2O 4OH- 解析:结合题意,该电池总反应即是乙醇的氧化反应,不消耗 H+,故负极产生的 H+应向正极移 动,A 项错误;酸性溶液中,正极电极反应为 O2+4e-+4H+ 2H2O,D 项错误;转移 0.4 mol 电子 时,消耗 O2 0.1 mol,即标准状况下 为 2.24 L,B 项错误;正极反应与负极反应相
7、加可得电池反应 为 CH3CH2OH+O2 CH3COOH+H2O,C 正确。 答案:C 7.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( ) A.该电池能够在高温下工作 B.电池的负极反应为:C 6H12O6+6H2O-24e- 6CO2+24H+ C.放电过程中,H +从正极区向负极区迁移 D.在电池反应中,每消耗 1 mol 氧气,理论上能生成标准状况下 CO2 气体 L 解析:微生物主要成分是蛋白质,高温条件下蛋白质失去活性,A 不正确。通入燃料 C6H12O6的 极为负极,负极反应为:C 6H12O6+6H2O-24e- 6CO2+24H+(能放出 C
8、O2应该是酸性,所以右 边写 H+。不能在左边加 OH-、右边写 H2O),B 项正确。正极反应为:6O 2+24H+24e- 12H2O, 从两极反应可知:负极生成 H+,正极消耗 H+,即通过质子交换膜从负极到正极传导 H+,选项 C 不正确。从总反应 C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O 可知,每消耗 1 mol 氧气,理论上能生成标准 状况下 CO2气体 22.4 L,D 项错 。 答案:B 8.据报道,摩托罗拉公司研制了一种有甲醇和氧气,以及强碱作电解质的手机电池,电量可达到 镍氢电池的 10 倍,有关此电池的叙述错误的是( ) A.溶液中的阳离子移向正极 B.负极反应式:CH
9、 3OH+8OH-6e- C+6H2O C.电池在使用过程中,电解质溶液的 c(OH-)不变 D.当外电路通过 6 mol 电子时 ,理论上消耗 1.5 mol O2 解析:A 项,溶液中的阳离子移向发生还原反应的一极即正极; B 项,负极 CH3OH 发生氧化反 应;C 项,电池在使用过程中,电解质溶液的 c(OH-)减少;D 项 , 1 mol O2消耗可转移 4 mol 电子, 外电路通过 6 mol e-时,消耗 1.5 mol O2。 答案:C 9.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y 2O3)的氧化 锆(ZrO 2)晶体,在熔融状态下能传导 O
10、2-。下列对该燃料电池的说法中正确的是( ) A.在熔融电解质中 O2-由负极移向正极 B.电池的总反应是 2C4H10+13O2 8CO2+10H2O C.通入空气的一极是正极,电极反应为:O 2+4e-+2H2O 4OH- D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为: C4H10-26e-+13O2- 4CO2+5H2O 解析:本题以丁烷燃料电池为载体,综合考查了原电池原理涉及的有关“ 电子流向、 电极反应、 电池总反应”等内容,因正极上富集电子,根据电性关系,O 2-不可能移向正极,A 错。由丁烷的燃 烧反应及电解质的特性知该电池的总反应为 2C4H10+13O2 8CO2+10H2O,B 正
11、确。在熔融 状态下允许 O2-在其间通过,故其正极反应式为 O2+4e- 2O2-,C 不正确。通入丁 烷的一极应 为负极,D 错。 答案:B 10.(1)据报道,科研人员新近开发出一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型电池,可 供手机连续使用一个月。据此请回答以下问题: 甲醇是 极,电极反应是 。 电池反应的离子方程式是 。 (2)一般说来,根据一个氧化还原反应便可设计一个原电池。例如,某种燃料电池的总反应是 CH4+2O2+2OH- C+3H2O。在此燃料电池中 ,通 CH4 极是 极, 通 O2 极是 极,每消耗 1 mol CH4,转移电子 mol,此电池的电解质溶液为 ,负极 发
12、生的电极反应是 ,正极发生的电极反应是 。 答案:(1) 负 CH 3OH-6e-+8OH- C+6H2O 2CH3OH+3O2+4OH- 2C+6H2O (2)负 正 8 碱性介质如 KOH 溶液 CH 4-8e-+10OH- C+7H2O 2O 2+4H2O+8e- 8OH- 11.如图所示,装置为甲烷燃料电池(电解质溶液为 KOH 溶液),通过装置实现铁棒上镀铜。 (1)a 处应通入 (填 “CH4”或“O 2”),b 处电极上发生的电极反应式是 ; (2)电镀结束后,装置中溶液的 pH (填“变大”“变小”或“不变” ,下同),装置中 Cu2+的 物质的量浓度 ; (3)电镀结束后,装
13、置溶液中的阴离子除了 OH-以外还含有 (忽略水解); (4)在此过程中若完全反应,装置 中阴极质量变化 12.8 g,则装置中理论上消耗甲烷 L(标准状况下 )。 解析:由于 Fe 棒上镀 Cu,则 Cu 棒发生氧化反应,作阳极,b 电极作正极,a 电极作负极,CH 4在 a 处通入,O 2在 b 处通入,由于 KOH 作电解质溶液,则 b 极反应式为 O2+2H2O+4e- 4OH-;电 镀过程中电解质溶液不参与电极反应,各离子浓度均不变;CH 4燃料电池中的化学方程式为 CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O,可得溶液中存在 C,再由电子守恒得 CH44Cu,则 12.8 g Cu 的物质的量为 0.2 mol,消耗 CH4为=0.05 mol,在标准状况下的体积为 0.05 mol22.4 Lmol- 1=1.12 L。 答案:(1)CH 4 O 2+2H2O+4e- 4OH- (2)变小 不变 (3)C (4) 1.12
