2025届高三化学二轮复习 燃料电池——有机物、微生物、熔融盐

燃料电池——有机物、微生物、熔融盐 1．(2023·扬州模拟)内部重整式高温燃料电池具有良好的商业化前景，其基本工作原理(以CH4为原料，熔融碳酸盐为电解质)如图所示。下列说法正确的是(　　) A．b极为正极，发生还原反应 B．电子流向：a极→导线→b极→电解质→a极 C．a极电极反应为CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O D．该电池所用的隔膜一定属于阳离子交换膜 2．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O C．电池工作时，CO向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO 3．(2024·南京模拟)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．外电路的电流方向是从b到a B．碳棒a附近酸性增强 C．碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋ D．升高温度可提高电池的能量转化效率 4．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　) A．该微生物燃料电池，负极为b B．为保证该电池的供电速度，应在较高温度下工作 C．当电路中有0.5 mol电子发生转移，则有1 mol H＋通过质子交换膜 D．该电池正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O 5．(2023·徐州模拟)研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能对工业污水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含硫废水并电解制备KIO3的原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．右侧电池中K＋通过阳离子交换膜从P极移向Q极 B．光照强度大小不影响KIO3的制备速率 C．电极Q处发生电极反应：I2＋12OH－－10e－===2IO＋6H2O D．不考虑损耗，电路中每消耗11.2 L O2 (标准状况下)，理论上Q极可制得342.4 g KIO3 6．如图为某微生物燃料电池净化水的原理。下列说法正确的是(　　) A．N极为负极，发生氧化反应 B．电池工作时，N极附近溶液pH减小 C．M极发生的电极反应为(C6H10O5)n－24ne－＋7nH2O===6nCO2↑＋24nH＋ D．处理0.1 mol Cr2O时，有1.4 mol H＋从交换膜左侧向右侧迁移 7．一种应用比较广泛的乙醇燃料电池，电解液是酸性溶液，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．M极为负极，发生还原反应 B．N极电极反应为O2＋4H＋－4e－===2H2O C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小 D．若有1 mol CO2生成，则有6 mol H＋从甲池通过交换膜进入乙池 8．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。下列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．通入葡萄糖的一极为原电池负极，发生氧化反应 C．放电过程中，阳离子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CO2气体 L 9．(2023·连云港模拟)HCOOH燃料电池的装置如图所示，M、N表示电极，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。下列说法正确的是(　　) A．M电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O B．在电池工作时，每生成1 mol HCO，将会有1 mol K＋通过半透膜移向右侧 C．图中所示需要补充的A物质为KOH D．电子的流动方向为N→用电器→M 10．熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO正极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni负极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，下列有关说法错误的是(　　) A．该电池较高的工作温度加快了正、负极的反应速率 B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代 C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触 D．放电时，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2CO2＋2H2O 11．某研究团队发现，利用微生物电化学系统可处理含氮废水。如图是一种新型的浸没式双极室脱盐—反硝化电池，中间由质子交换膜隔开，负极室中的NO通过泵循环至正极室。下列说法错误的是(　　) A．电极电势：正极室高于负极室 B．负极的电极反应式：CH2O－4e－＋H2O===CO2＋4H＋ C．当处理1 mol NO时，有5 mol H＋经过质子交换膜移向正极室 D．该装置需在适宜的温度下进行，温度不宜过高 12．(2023·淮安模拟)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．离子交换膜X为质子交换膜，质子从石墨电极移向Pt电极 B．C2H5OH在Pt电极发生还原反应 C．正极区反应为4NO＋12e－＋16H＋===4NO＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 D．若Pt电极生成2.24 L CO2，电路中转移电子数为0.6NA 学科网（北京）股份有限公司 $$ 燃料电池——有机物、微生物、熔融盐 1．(2023·扬州模拟)内部重整式高温燃料电池具有良好的商业化前景，其基本工作原理(以CH4为原料，熔融碳酸盐为电解质)如图所示。下列说法正确的是(　　) A．b极为正极，发生还原反应 B．电子流向：a极→导线→b极→电解质→a极 C．a极电极反应为CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O D．该电池所用的隔膜一定属于阳离子交换膜 答案　A 2．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O C．电池工作时，CO向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO 答案　D 解析　反应CH4＋H2O3H2＋CO中C元素化合价由－4价升高到＋2价，H元素化合价由＋1价降低到0价，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，故A错误；电极A上H2参与的电极反应为H2＋CO＋2CO－4e－===H2O＋3CO2，故B错误；电池工作时，CO向负极移动，即向电极A移动，故C错误；B为正极，正极为氧气得电子生成CO，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。 3．(2024·南京模拟)沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．外电路的电流方向是从b到a B．碳棒a附近酸性增强 C．碳棒b存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋ D．升高温度可提高电池的能量转化效率 答案　C 解析　碳棒a为原电池的正极，碳棒b为负极，则外电路的电流方向是从a到b，故A错误；碳棒a附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，消耗H＋，酸性减弱，故B错误；碳棒b为负极，负极上S失电子生成SO，存在电极反应：S－6e－＋4H2O===SO＋8H＋，故C正确；升高温度，微生物活性减弱，不能提高电池的能量转化效率，故D错误。 4．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　) A．该微生物燃料电池，负极为b B．为保证该电池的供电速度，应在较高温度下工作 C．当电路中有0.5 mol电子发生转移，则有1 mol H＋通过质子交换膜 D．该电池正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O 答案　D 解析　由图可知b极通入氧气，氧气发生还原反应，则b为正极，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故A错误、D正确；微生物的主要成分是蛋白质，若电池在较高温度下工作，微生物的催化能力降低，电池的工作效率降低，故B错误；根据电荷守恒，当电路中有0.5 mol电子发生转移时，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜，故C错误。 5．(2023·徐州模拟)研究微生物燃料电池不仅可以获得高效能源，还能对工业污水等进行处理。利用微生物燃料电池处理含硫废水并电解制备KIO3的原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．右侧电池中K＋通过阳离子交换膜从P极移向Q极 B．光照强度大小不影响KIO3的制备速率 C．电极Q处发生电极反应：I2＋12OH－－10e－===2IO＋6H2O D．不考虑损耗，电路中每消耗11.2 L O2 (标准状况下)，理论上Q极可制得342.4 g KIO3 答案　C 解析　由图可知，在石墨电极M处，CO2在光合菌、光照条件下转化为O2，O2在M极放电生成水，则M为正极，N为负极，铂电极P为阴极，铂电极Q为阳极，阴极生成氢氧根离子，而阳极生成的IO比消耗的OH－少，溶液中K＋通过阳离子交换膜从Q极移向P极，故A错误；光照强度大小影响单位时间内生成氧气的量，即影响电流强度，会影响KIO3的制备速率，故B错误；不考虑损耗，电路中每消耗11.2 L (标准状况下)即＝0.5 mol O2，转移电子为2 mol，根据阳极反应式I2＋12OH－－10e－===2IO＋6H2O可知，生成KIO3的物质的量为2 mol×＝0.4 mol，理论上Q极可制得KIO3的质量为0.4 mol×214 g·mol－1＝85.6 g，故D错误。 6．如图为某微生物燃料电池净化水的原理。下列说法正确的是(　　) A．N极为负极，发生氧化反应 B．电池工作时，N极附近溶液pH减小 C．M极发生的电极反应为(C6H10O5)n－24ne－＋7nH2O===6nCO2↑＋24nH＋ D．处理0.1 mol Cr2O时，有1.4 mol H＋从交换膜左侧向右侧迁移 答案　C 解析　分析可知，M极为负极，发生氧化反应，故A错误；电池工作时，重铬酸根离子得到电子发生还原反应生成Cr3＋：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，N极附近消耗氢离子，溶液pH变大，故B错误；有机物失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，M极发生的电极反应为(C6H10O5)n－24ne－＋7nH2O===6nCO2↑＋24nH＋，故C正确；根据得失电子守恒可知，4nCr2O～24ne－～(C6H10O5)n，则处理0.1 mol Cr2O时，有0.6 mol H＋从交换膜左侧向右侧迁移，故D错误。 7．一种应用比较广泛的乙醇燃料电池，电解液是酸性溶液，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．M极为负极，发生还原反应 B．N极电极反应为O2＋4H＋－4e－===2H2O C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小 D．若有1 mol CO2生成，则有6 mol H＋从甲池通过交换膜进入乙池 答案　D 解析　根据外电路中电子的转移方向可知，M极失去电子，为负极，发生氧化反应，A错误；M极的电极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，反应生成H＋，则甲池溶液pH减小，氧气在N极得电子结合H＋生成水，电极反应式为O2 ＋4H＋ ＋4e－===2H2O，反应消耗H＋，则乙池溶液pH增大，B、C错误；若有1 mol CO2生成，由电极反应式可知，电路中转移6 mol电子，电解质溶液中阳离子从负极移向正极，即有6 mol H＋从甲池通过交换膜进入乙池，D正确。 8．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。下列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．通入葡萄糖的一极为原电池负极，发生氧化反应 C．放电过程中，阳离子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CO2气体 L 答案　B 9．(2023·连云港模拟)HCOOH燃料电池的装置如图所示，M、N表示电极，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。下列说法正确的是(　　) A．M电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O B．在电池工作时，每生成1 mol HCO，将会有1 mol K＋通过半透膜移向右侧 C．图中所示需要补充的A物质为KOH D．电子的流动方向为N→用电器→M 答案　A 解析　HCOOH燃料电池是原电池装置，原电池工作时，负极发生失电子的氧化反应，根据图示，M电极为负极，HCOO－被氧化为HCO，电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，A正确；根据图示，加入 A发生的离子反应为4Fe2＋ ＋4H＋ ＋O2===4Fe3＋ ＋ 2H2O，消耗H＋，K2SO4从装置中流出，故放电过程中加入的物质A为H2SO4，C错误；根据溶液呈电中性知，在电池工作时，每生成1 mol HCO，将会有2 mol K＋通过半透膜移向右侧，B错误；原电池中电子从负极经导线流向正极，故电子的流动方向为M→用电器→N，D错误。 10．熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO正极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni负极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO，下列有关说法错误的是(　　) A．该电池较高的工作温度加快了正、负极的反应速率 B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代 C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触 D．放电时，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2CO2＋2H2O 答案　B 解析　升高温度能加快反应速率，该电池较高的工作温度加快了正、负极的反应速率，故A正确；还原性物质在负极发生氧化反应，该类电池的H2可以用CO、CH4等替代，故B错误；H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免H2、O2的接触，故C正确；放电时，氢气失电子发生氧化反应，负极反应式为2H2＋2CO－4e－===2CO2＋2H2O，故D正确。 11．某研究团队发现，利用微生物电化学系统可处理含氮废水。如图是一种新型的浸没式双极室脱盐—反硝化电池，中间由质子交换膜隔开，负极室中的NO通过泵循环至正极室。下列说法错误的是(　　) A．电极电势：正极室高于负极室 B．负极的电极反应式：CH2O－4e－＋H2O===CO2＋4H＋ C．当处理1 mol NO时，有5 mol H＋经过质子交换膜移向正极室 D．该装置需在适宜的温度下进行，温度不宜过高 答案　B 解析　原电池中电极电势：正极高于负极，A正确；负极电极反应式为(CH2O)n－4ne－＋nH2O===nCO2↑＋4nH＋，B错误；正极电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，可知当处理1 mol NO时，有5 mol H＋经过质子交换膜，移向正极室，C正确；该电池是利用微生物电化学系统，温度过高，微生物会失去生理活性，因此需要控制温度，D正确。 12．(2023·淮安模拟)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．离子交换膜X为质子交换膜，质子从石墨电极移向Pt电极 B．C2H5OH在Pt电极发生还原反应 C．正极区反应为4NO＋12e－＋16H＋===4NO＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3 D．若Pt电极生成2.24 L CO2，电路中转移电子数为0.6NA 答案　C 解析　根据原电池原理，Pt电极为负极，发生氧化反应，电极反应为C2H5OH－12e－＋3H2O===2CO2↑＋12H＋，负极区生成的H＋将迁移到正极区参与反应，所以离子交换膜X为质子交换膜，质子从Pt电极移向石墨电极，故A、B项错误；石墨电极为正极，正极区反应为4NO＋12e－＋16H＋===4NO＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，故C项正确；没有告知处于何种状态下，无法通过气体体积来计算转移的电子数，故D项错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$