高中化学微专题-专题三 新型电池——金属空气电池微生物电池（练习）

专题三 新型电池 [2015•全国I卷] 1．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O [2019•全国I卷] 2．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，示意图如下所示。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NH3 D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 (2022•广东卷) 3．科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是 A．充电时电极b是阴极 B．放电时溶液的减小 C．放电时溶液的浓度增大 D．每生成，电极a质量理论上增加 (2022•全国乙卷) 4．电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是 A．充电时，电池的总反应 B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D．放电时，正极发生反应 (2022•海南卷) 5．一种采用和为原料制备的装置示意图如下。 下列有关说法正确的是 A．在b电极上，被还原 B．金属Ag可作为a电极的材料 C．改变工作电源电压，反应速率不变 D．电解过程中，固体氧化物电解质中不断减少 6．微生物燃料电池和微生物电合成技术具有广阔的发展空间，二者的原理如图所示。假定废弃有机物为，下列有关说法错误的是 A．二者的能量转化形式恰好相反 B．图示左侧电极为正极，右侧电极为阴极 C．左侧电极反应式为 D．若用该燃料电池供电，理论上合成1mol ，需消耗45g 7．近年来电池研究领域涌现出一类纸电池，其厚度仅0.5毫米，可以任意弯曲。组成与传统电池类似。某纸电池结构如图所示，其M极为嵌锂石墨烯(LixC6)，N极为钴酸锂(LiCoO2)，电解质为六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯溶液(无水)。下列说法错误的是 A．放电时，M电极反应式为：LixC6-xe-=xLi＋＋C6 B．放电时，Li＋由N极向M极迁移 C．充电时，M极接直流电源负极 D．充电时，N极反应式为：LiCoO2-xe-=xLi＋＋Li1-xCoO2 8．利用垃圾假单胞菌株分解有机物的电化学原理如图所示。下列说法错误的是 A．电流方向：B电极→用电器→A电极 B．B电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O C．A电极反应式为：-4e-→+4H+ D．若有机物为葡萄糖C6H12O6，处理0.25mol时，会有6molH+透过质子交换膜迁移 9．我国科学家设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi实现安培级CO2电合成甲酸盐，同时释放电能，实验原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时，正极电极周围pH升高 B．充电时，阴极反应式为+2e=Zn+4OH- C．使用催化剂Sn或者s-SnLi均能有效减少副产物CO的生成 D．使用Sn催化剂，中间产物更不稳定 10．微生物电解池(MEC)产甲烷技术是一种有望成为缓解能源危机与温室效应的重要新型途径。它以外界输入的较小电能为能量来源，以微生物为催化剂，MEC耦合厌氧消化系统产甲烷的工作原理如图。下列有关说法错误的是 A．a为电源的正极，b为电源的负极 B．电子的移动方向：从b→导线→Y电极，再经X→导线→a C．Y电极发生的反应：CO2+8H++8e-=CH4+2H2O、8H++8e-=4H2、CO2+4H2=CH4+2H2O D．若用铅酸电池为电源，理论上消耗98gH2SO4时，此装置中有2molH+发生迁移 11．一种微生物燃料电池的结构示意图如下所示，关于该电池的叙述正确的是(　　) A．电池工作时，电子由a流向b B．微生物所在电极区放电时发生还原反应 C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区 D．正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－=Mn2＋＋2H2O 12．将电化学法和生物还原法有机结合，利用微生物电化学方法生产甲烷，装置如图所示。下列说法错误的是 A．离子交换膜可允许H+通过 B．通电时，电流方向为：a→电子导体→离子导体→电子导体→b C．阳极的电极反应式为 D．生成0.1molCH4时阳极室中理论上生成CO2的体积是4.48L(STP) 13．垃圾假单胞菌株能够在分解有机物的同时分泌物质产生电能，其原理如下图所示。下列说法正确的是 A．电流由左侧电极经过负载后流向右侧电极 B．放电过程中，正极附近pH 变小 C．若1molO2 参与电极反应，有4 mol H+穿过质子交换膜进入右室 D．负极电极反应为：H2PCA + 2e－＝PCA + 2H+ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．A 【详解】A．根据图象，负极上C6H12O6失电子，正极上O2得电子和H+反应生成水，负极的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正极的电极反应式为O2+4e-+4H+═2H2O，因此CO2在负极产生，故A错误； B．葡萄糖在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，有电流产生，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确； C．通过原电池的电极反应可知，负极区产生了H+，根据原电池中阳离子向正极移动，可知质子(H+)通过交换膜从负极区移向正极区，故C正确； D．该反应属于燃料电池，燃料电池的电池反应式和燃烧反应式相同，则电池反应式为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，故D正确； 故选A。 2．B 【分析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。 【详解】A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确； B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误； C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确； D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。 故选B。 【点睛】本题考查原池原理的应用，注意原电池反应的原理和离子流动的方向，明确酶的作用是解题的关键。 3．C 【详解】A．由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误； B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误； C．放电时负极反应为，正极反应为，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确； D．充电时阳极反应为，阴极反应为，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误； 答案选C。 4．C 【分析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。 【详解】A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确； B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确； C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误； D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确； 答案选C。 5．A 【分析】由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，a为阳极，电极反应式为2O2--4e-=O2，据此分析解答； 【详解】A．由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确； B．a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误； C．改变工作电源的电压，电流强度发生改变，反应速率也会改变，C错误； D．电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，阳极电极反应式为2O2--4e-=O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误； 答案选A。 6．BC 【分析】微生物燃料电池是原电池装置，微生物电合成是电解池装置，由图中产物可知，燃料电池中转化为时失电子，则左侧为负极；右侧电极接电源负极，为阴极，据此分析解答。 【详解】A．燃料电池的能量转化形式为化学能转化为电能，电合成为电能转化为化学能，A项正确； B．燃料电池中转化为时失电子，则左侧为负极；右侧电极接电源负极，为阴极，B项错误； C．由产物为知该电极所处溶液环境为酸性，电极反应为，C项错误； D．用合成1mol ，反应中转移6mol电子，则需的质量为，D项正确； 答案选BC。 7．B 【分析】根据题意知，M极是原电池的负极，发生失电子的氧化反应：LixC6-xe-=xLi＋＋C6。N极为原电池的正极，发生得电子的还原反应：xLi＋+xe-＋Li1-xCoO2= LiCoO2，据此回答。 【详解】A．原电池放电时，负极M电极反应式为：LixC6-xe-=xLi＋＋C6，A正确； B．原电池放电时，阳离子锂离子由负极M向正极N移动，B错误； C．充电时，M极发生得电子的还原过程作阴极连接直流电源的负极，C正确； D．充电时，N极反应式为：LiCoO2-xe-=xLi＋＋Li1-xCoO2，D正确； 故选B。 8．C 【详解】A．由图分析可知：A电极为负极，B为正极，故电流由B电极→用电器→A电极，A项正确； B．由图示知，B极反应物为氧气，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，B项正确； C．由A选项分析知，A是负极，结合图示，电极反应式为 -2e-=+2H+，C项错误； D．由反应C6H12O6+6O2→6CO2↑+6H2O可知1mol葡萄糖反应，转移24mol电子，电极反应也要转移24mol电子，处理0.25mol C6H12O6时，电解质溶液中转移6molH+，D项正确； 答案选C。 9．D 【分析】根据题干图示信息可知，放电时，Zn作负极，电极反应为：Zn-2e-+4OH-=，另一极为正极，电极反应为：CO2+2e-+H2O=OH-+HCOO-，充电时，Zn电极与电源负极相连，为阴极，电极反应为：+2e-=Zn+4OH-，阳极电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，据此分析解题。 【详解】A．由分析可知，放电时，正极电极反应式为：CO2+2e-+H2O=OH-+HCOO-，故正极周围pH升高，选项A正确； B．充电时，Zn电极与电源负极相连，为阴极，电极反应为：+2e-=Zn+4OH-，选项B正确； C．由题干图示可知，使用催化剂Sn或者s—SnLi时生成CO的活化能均高于生成HCOOH的活化能，故均能有效减少副产物CO的生成，选项C正确； D．由题干图示可知，使用s—SnLi催化剂时的中间产物具有的总能量比使用Sn催化剂的中间产物的总能量，能量越高越不稳定，故使用s—SnLi催化剂时的中间产物更不稳定，选项D错误； 答案选D。 10．D 【分析】根据电极产物分析可知，有机物中碳元素化合价升高，失电子，X电极为阳极，a为电源正极；Y电极上CO2化合价降低得电子为阴极，b为电源的负极，据此分析解题。 【详解】A．根据电极产物分析可知，有机物中碳元素化合价升高，失电子，X电极为阳极，a为电源正极；Y电极上CO2化合价降低得电子为阴极，b为电源的负极，A正确； A．电子从电源负极→阴极，再从阳极→正极，B正确； A．根据Y电极图示原理上判断，Y电极发生的反应有：CO2+8H++8e-=CH4+2H2O、8H++8e-=4H2、CO2+4H2=CH4+2H2O，C正确； A．若用铅酸电池为电源，根据铅蓄电池放电时方程式Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O可知，理论上消耗98g硫酸，则电路转移1mole-，此装置中有1molH+发生迁移，D错误； 故答案为：D。 11．D 【详解】A、左侧MnO2反应转化为Mn2+，Mn元素化合价降低，发生还原反应，所以左侧电极为电源的正极，电子由b流向a，故A错误； B、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，故B错误； C、H+是阳离子，在原电池中，H+从负极区移向正极区，故C错误； D、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++2 H2O，故D正确； 答案选D。 12．C 【分析】由图示知，左池中CH3COO-在电极上失电子被氧化为CO2，故左池为电解的阳极室，右池为电解的阴极室，电源a为正极，b为负极。 【详解】A．由图示知，阳极反应产生H+，阴极反应消耗H+，故H+通过交换膜由阳极移向阴极，A正确； B．这个装置中电子的移动方向为：电源负极(b)→电解阴极，电解阳极→电源正极(a)，故电流方向为：电源正极(a)→外电路(电子导体)→电解质溶液(离子导体，阳极→阴极)→外电路(电子导体)→电源负极(b)，形成闭合回路，B正确； C．由分析知，左池为阳极，初步确定电极反应为：CH3COO--8e-→2CO2↑，根据图示知可添加H+配平电荷守恒，添加H2O配平元素守恒，得完整方程式为：CH3COO--8e-+2H2O→2CO2↑+7H+，C错误； D．由图示知，右池生成CO2转化为CH4，根据转移电子关系CH4~8e-，0.1 mol CH4生成转移0.8 mol电子，由C选项知：CO2~4e-，故生成CO2的n(CO2)=，故V(CO2)=0.2 mol×22.4 L/mol=4.48 L，D正确； 故答案选C。 13．C 【详解】A、右侧氧气得电子产生水，作为正极，故电流由右侧正极经过负载后流向左侧负极，选项A错误；B、放电过程中，正极氧气得电子与氢离子结合产生水， 氢离子浓度减小，pH 变大，选项B错误；C、若1molO2 参与电极反应，有4 mol H+穿过质子交换膜进入右室，生成2mol水，选项C正确；D、原电池负极失电子，选项D错误。答案选C。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$