《化学电源—甲烷燃料电池》化学电源—甲烷燃料电池 - 人教版高考化学复习化学知识点练习 - 读趣百科

《化学电源—甲烷燃料电池》化学电源—甲烷燃料电池

1单选题

如图所示是一个燃料电池的示意图,当燃料电池如下时,其分析中正确的是(  )

A
如果a极通入H$_2$,b极通入O$_2$,NaOH溶液作电解质溶液,则通H$_2$的电极上发生的反应为:H$_2$-2e_=2H_
B
如果a极通入H$_2$,b极通入O$_2$,H$_2$SO$_4$溶液作电解质溶液,则通O$_2$的电极上发生的反应为:O$_2$+4e_+2H$_2$O=4OH_
C
如果a极通入CH$_4$,b极通入O$_2$,NaOH作电解质溶液,则通CH$_4$的电极上发生的反应为:CH$_4$-8e_+10 OH_=CO$_3$_+7H$_2$O
D
如果a极通入H$_2$,b极通入O$_2$,NaOH溶液作电解质溶液,则溶液中的OH_离子向b极附近移动

题目答案

C

答案解析

分析:

燃料电池中,通入燃料的电极是负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,正极上通入氧化剂,氧化剂得电子发生还原反应,

A.当电解质溶液为NaOH溶液时,通入氢气电极上电极反应式为:H$_2$-2e_+2OH_=2H$_2$O、通入氧气电极反应式为:O$_2$+4e_+2H$_2$O=4OH_;

B.硫酸为电解质溶液,通入氢气的电极上电极反应式为H$_2$-2e_=2 H_,正极上电极反应式为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O;

C.NaOH为电解质,通入甲烷的电极反应式为CH$_4$-8e_+10 OH_=CO$_3$_+7H$_2$O,通入氧气的电极反应式为:O$_2$+4e_+2H$_2$O=4OH_;

D.放电时,电解质溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动.

解答:

解:燃料电池中,通入燃料的电极是负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,正极上通入氧化剂,氧化剂得电子发生还原反应,

A.当电解质溶液为NaOH溶液时,通入氢气电极为氢气失电子和溶液中氢氧根离子反应生成水,所以通入氢气的电极反应式为:H$_2$-2e_+2OH_=2H$_2$O,故A错误;

B.硫酸为电解质溶液,通入氧气的电极是正极,正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,所以正极上电极反应式为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O,故B错误;

C.NaOH为电解质,通入甲烷的电极为负极,负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成二氧化碳和水,所以通入甲烷电极反应式为CH$_4$-8e_+10 OH_=CO$_3$_+7H$_2$O,故C正确;

D.放电时,电解质溶液中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,通入氢气电极a为负极、通入氧气电极b为正极,电解质溶液中OH_离子向a极附近移动,故D错误;

故选C.

点评:

本题考查了燃料电池,明确原电池原理是解本题关键,知道燃料电池中通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极为正极,难点是电极反应式的书写,书写时要结合电解质溶液酸碱性确定生成物,酸性电解质溶液中,电极上不可能生成OH_,碱性电解质溶液中,电极上不可能生成H_,为易错点.

2单选题

有人设计出利用CH$_4$和O$_2$的反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池.电池的总反应类似于CH$_4$在O$_2$中燃烧,则下列说法正确的是(  )

①每消耗1mol CH$_4$可以向外电路提供8mole_

②负极上CH$_4$失去电子,电极反应式CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O

③负极上是O$_2$获得电子,电极反应式为O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_

④电池放电后,溶液pH不断升高.

A
①②
B
①③
C
①④
D
③④

题目答案

A

答案解析

分析:

碱性甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,通入氧气的一极为原电池的正极,发生还原反应,电极反应式为O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_,原电池工作时,电子从负极经外电路流向正极,电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动

解答:

解:①、通入CH$_4$的电极为负极,电极反应为:CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,每消耗1molCH$_4$可以向外电路提供8mole_;故①正确;

②、通入CH$_4$的电极为负极失电子反应氧化反应,电极反应为:CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,故②正确;

③通入氧气的一极为原电池的正极,得到电子发生还原反应:O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_,故③错误;

③、电池反应式为:CH$_4$+2OH_+2O$_2$=CO$_3$_+3H$_2$O,随着反应的进行,溶液中氢氧根离子不断减少,溶液pH不断减小,所以该电池使用一段时间后应补充KOH,故④错误;

故选A.

点评:

本题考查碱性甲烷电池的工作原理,题目难度不大,本题中注意把握电极反应式的书写,正确判断两极的化学反应,在学习中注意积累电子、电流、离子的流向.

3单选题

甲烷燃料电池是一种新型化学电源,该电池是以铂丝为电极,KOH为电解质溶液,然后从两极分别通入甲烷和氧气,该电池的电极反应为:

X极 CH$_4$$_8$e_+10OH_=CO$_3$_+7H$_2$O

Y极 2O$_2$+8e_+4H$_2$O=8OH_

关于此燃料电池的下列说法不正确的是(  )

A
通入CH$_4$的X极为电池的负极,通入O$_2$的Y极为电池的正极
B
电池工作过程中溶液pH将下降
C
放电时每转移4mol电子,正极有1mol O$_2$被氧化
D
该燃料电池的总化学方程式可表示为:CH$_4$+2O$_2$+2KOH=K$_2$CO$_3$+3H$_2$O

题目答案

C

答案解析

分析:

碱性甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,通入氧气的一极为原电池的正极,发生还原反应,电极反应式为O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_,根据电极反应确定液的pH变化情况以及电子转移和物质量之间的关系.

解答:

解:A、碱性甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,发生氧化反应,所以X极是负极,通入氧气的一极为原电池的正极,发生还原反应,Y极为正极,故A正确;

B、根据总反应:CH$_4$+2O$_2$+2OH_=CO$_3$_+3H$_2$O,则氢氧化钾被消耗,电池工作过程中溶液pH将下降,故B正确;

C、根据电极反应式:O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_,每转移4mol电子,正极有1mol O$_2$被还原,故C错误;

D、该电池工作时的总反应CH$_4$+2O$_2$+2KOH=K$_2$CO$_3$+3H$_2$O,故D正确.

故选C.

点评:

本题考查碱性甲烷电池的工作原理,题目难度不大,本题中注意把握电极反应式的书写,正确判断两极的化学反应.

4单选题

一种新型燃料电池,它是用两根惰性金属做电极插入KOH溶液中,然后向两极上分别通入甲烷和氧气,发生的电极反应为:X极:CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O Y极:4H$_2$O+2O$_2$+8e_=8OH_关于此燃料电池的下列说法中正确的是(  )

A
X极为正极,Y极为负极
B
工作一段时间后,KOH的物质的量不变
C
在标准状况下通入5.6L O$_2$完全反应,则有1.0mol电子发生转移
D
该电池工作时甲烷一极附近溶液的pH升高

题目答案

C

答案解析

分析:

碱性甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,通入氧气的一极为原电池的正极,发生还原反应,电极反应式为O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_,根据电极反应确定液的pH变化情况以及电子转移和物质量之间的关系.

解答:

解:A、碱性甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,发生氧化反应,所以X极是负极,通入氧气的一极为原电池的正极,发生还原反应,Y极为正极,故A错误;

B、根据总反应:CH$_4$+2O$_2$+2OH_=CO$_3$_+3H$_2$O,则氢氧化钾被消耗,物质的量减小,故B错误;

C、在标准状况下通入5.6L即0.25molO$_2$完全反应,根据电极反应式:O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_,转移电子是1.0mol,故C正确;

D、该电池工作时甲烷电极发生的电极反应为:CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,该极氢氧根被消耗,所以该极附近溶液的pH降低,故D错误.

故选C.

点评:

本题考查碱性甲烷电池的工作原理,题目难度不大,本题中注意把握电极反应式的书写,正确判断两极的化学反应.

5单选题

一种新型的燃料电池,它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中,然后分别向两极通入乙烷与氧气,其总反应为:2C$_2$H$_6$+7O$_2$+8KOH═4K$_2$CO$_3$+10H$_2$O.有关此电池的推断正确的是(  )

A
负极反应为:14H$_2$O+7O$_2$+28e_═28OH_
B
放电一段时间后,负极周围的 pH 升高
C
每消耗 1 mol C$_2$H$_6$,则电路上转移的电子数为 14 mol
D
放电过程中KOH的物质的量浓度基本不变

题目答案

C

答案解析

分析:

在燃料电池中,负极上是燃料发生失电子的氧化反应,C$_2$H$_6$+18OH_-14e_═2CO$_3$_+12H$_2$O,正极上是氧气发生得电子的还原反应,2H$_2$O+O$_2$+4e_═4OH_,根据电极反应可以确定电子转移情况以及电极附近溶液的酸碱性变化情况.

解答:

解:A、在燃料电池中,负极上是燃料发生失电子的氧化反应,在碱性电解质下为C$_2$H$_6$+18OH_-14e_═2CO$_3$_+12H$_2$O,故A错误;

B、根据负极反应:C$_2$H$_6$+18OH_-14e_═2CO$_3$_+12H$_2$O,放电一段时间后,该极上消耗氢氧根离子,所以负极周围的pH降低,故B错误;

C、根据电极反应式:C$_2$H$_6$+18OH_-14e_═2CO$_3$_+12H$_2$O,每消耗1molC$_2$H$_6$,则电路上转移的电子数为14mol,故C正确;

D、根据总反应为:2C$_2$H$_6$+7O$_2$+8KOH═4K$_2$CO$_3$+10H$_2$O,可以知道放电过程中,消耗了氢氧化钾,KOH的物质的量浓度会减小,故D错误.

故选:C.

点评:

本题考查学生燃料电池的工作原理知识,注意知识的归纳和整理是解题关键,难度不大.

6多选题

(多选)有人设计将两根铂丝做电极插入到KOH溶液中,然后在两极上分别通过甲烷和氧气而构成燃料电池.该电池中反应的化学方程式为:CH$_4$+2O$_2$+2KOH═K$_2$CO$_3$+3H$_2$O,则关于此燃料电池的下列说法中错误的是(1个电子所带电量为9.6×10_C)(  )

A
通过甲烷的电极为电池的负极,通过氧气的电极为正极
B
在标准状况下,每消耗5.6 L O2,可向外提供2.4×104 C的电量
C
通过甲烷电极的电极反应为:CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O
D
放电一段时间后,溶液的pH升高

题目答案

BD

答案解析

分析:

甲烷碱性燃料电池工作时,正极发生还原反应,电极反应式为O$_2$+4e_+2H$_2$O=4OH_,甲烷在负极发生氧化反应,电极反应式为CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,结合电极方程式以及题目要求可解答该题.

解答:

解:A.根据原电池总反应式可知甲烷被氧化,应为原电池的负极反应,氧气得电子被还原,应为原电池的正极反应,故A正确;

B.n(O$_2$)=$\frac {5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol,转移电子的物质的量为0.25mol×4=1mol,则可向外提供9.6×10_C的电量,故B错误;

C.甲烷在负极发生氧化反应,通过甲烷电极的电极反应为CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,故C正确;

D.根据总方程式可知反应消耗KOH,OH_浓度减小,则pH减小,故D错误.

故选BD.

点评:

本题考查了燃料电池知识,燃料电池电极反应式的书写要注意结合电解质溶液书写,原料相同,电解质溶液不同,电极反应式不同,如氢氧燃料电池,电解质为酸或碱时,电极反应式就不同,题目难度中等.

7单选题

甲烷燃料电池能量转化率高.以KOH为电解质溶液,分别向两极通入CH$_4$和O$_2$,即可产生电流,其电极反应分别为:CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O;2O$_2$+8e_+4H$_2$O=8OH_.下列说法错误的是(  )

A
CH$_4$ 在负极发生氧化反应
B
O$_2$ 作为氧化剂发生还原反应
C
甲烷燃料电池实现了化学能转变为电能
D
分别将1 mol H$_2$和CH$_4$做燃料电池的原料,产生电量一样多

题目答案

D

答案解析

分析:

燃料原电池中,甲烷失电子发生氧化反应,所以通入燃料的电极为负极,负极上失电子发生氧化反应,电池反应式为:CH$_4$+2OH_+2O$_2$=CO$_3$_+3H$_2$O,通入氧化剂的电极为正极,正极上得电子发生还原反应,其电极反应是:O$_2$+2H$_2$O+4e_═4OH_,注意燃料电池也属于原电池.

解答:

解:A.失电子的物质在负极上发生氧化反应,根据方程式知,甲烷在负极上发生氧化反应,电极反应式为:CH$_4$+2OH_+2O$_2$=CO$_3$_+3H$_2$O,故A正确;

B.氧气在正极上得电子发生还原反应,电极反应式为:O$_2$+2H$_2$O+4e_═4OH_,故B正确;

C.燃料电池也是原电池,所以甲烷燃料电池实现了化学能转变为电能,故C正确;

D.将1 mol H$_2$和CH$_4$做燃料电池的原料,甲烷和氢气失去的电子不同,所以产生电量不同,故D错误;

故选D.

点评:

本题考查碱性甲烷电池的工作原理,题目难度不大,注意把握电极反应式的书写,书写电极反应式时要结合电解质溶液的酸碱性.

8单选题

将铂电极放置在KOH溶液中,然后分别向两极通入CH$_4$和O$_2$,即可产生电流,此装置称为甲烷燃料电池.下列叙述中正确的是(  )

①通入CH$_4$的电极为正极;

②正极的电极反应式为:O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_;

③通入CH$_4$的电极反应式为:CH$_4$+2O$_2$+4e_=CO$_2$+2H$_2$O;

④负极的电极反应式为:CH$_4$+10OH_-8e_=$_3$+7H$_2$O;

⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动;

⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动.

A
①③⑤
B
④⑤⑥
C
②④⑥
D
①②③

题目答案

C

答案解析

分析:

①甲烷燃料电池中甲烷失电子为负极;

②正极上氧气得电子生成氢氧根离子;

③甲烷燃料电池负极是甲烷失电子,碱性条件下生成碳酸根离子;

④甲烷燃料电池负极是甲烷失电子,碱性条件下生成碳酸根离子;

⑤⑥原电池工作时,电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动.

解答:

解:①甲烷燃料电池中甲烷失电子为负极,故错误;

②碱性条件下,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,其电极反应式为O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_,故正确;

③甲烷燃料电池负极是甲烷失电子,碱性条件下生成碳酸根离子,所以负极的电极反应式为:CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,故错误;

④甲烷燃料电池负极是甲烷失电子,碱性条件下生成碳酸根离子,所以负极的电极反应式为:CH$_4$+10OH_-8e_=CO$_3$_+7H$_2$O,故正确;

⑤⑥原电池工作时,电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以⑤错误,⑥正确;

故正确的有②④⑥;

故选C.

点评:

本题考查碱性甲烷电池的工作原理,题目难度不大,本题中注意把握电极反应式的书写,正确判断两极的化学反应,在学习中注意积累电子、电流、离子的流向.

9多选题

(多选)甲烷燃料电池的化学反应为CH$_4$+2O$_2$=CO$_2$+2H$_2$O,其中1个电极反应式为2O$_2$+8H_+8e_=4H$_2$O下列叙述不正确的是(  )

A
CH$_4$通入负极
B
O$_2$通入正极
C
正极发生氧化反应
D
负极的电极反应式为:CH$_4$+2H$_2$O-8e_=CO$_2$+8H_

题目答案

CD

答案解析

分析:

酸性甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,发生氧化反应,入氧气的一极为原电池的正极,发生还原反应,电极反应式为2O$_2$+8H_+8e_=4H$_2$O原电池工作时,电子从负极经外电路流向正极,电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动.

解答:

解:A、甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,故A正确;

B、甲烷燃料电池,具有氧化性的氧气为原电池的正极,故B正确;

C、甲烷燃料电池中,正极是氧气发生得电子得还原反应,故C错误;

D、酸性甲烷燃料电池,具有还原性的甲烷为原电池的负极,CH$_4$+4H$_2$O-8e_=+8H_,故D错误.

故选CD.

点评:

本题考查酸性甲烷电池的工作原理,题目难度不大,本题中注意把握电极反应式的书写,正确判断两极的化学反应,在学习中注意积累电子、电流、离子的流向.