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

《化学电源—甲醇燃料电池》化学电源—甲醇燃料电池

1单选题

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:CH$_3$CH$_2$OH-4e_+H$_2$O=CH$_3$COOH+4H_.下列说法中正确的是(  )

A
正极上发生的反应为:O$_2$+2H$_2$O+4e_=4OH_
B
电池反应的化学方程式为:CH$_3$CH$_2$OH+O$_2$=CH$_3$COOH+H$_2$O
C
检测时,溶液中的H_向负极移动
D
若有0.4mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48L氧气

题目答案

B

答案解析

分析:

酸性乙醇燃料电池的负极反应为CH$_3$CH$_2$OH-4e_+H$_2$O=CH$_3$COOH+4H_,正极上O$_2$得电子发生还原反应,电极反应式为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O,正负极相加可得电池的总反应式为CH$_3$CH$_2$OH+O$_2$=CH$_3$COOH+H$_2$O,可根据电极反应式判断离子和电子的转移问题.

解答:

解:A.正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,所以其电极反应式为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O,故A错误;

B.负极上电极反应式为CH$_3$CH$_2$OH-4e_+H$_2$O=CH$_3$COOH+4H_,正极上电极反应式为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O,正负极上电极反应式相加得其电池反应式为CH$_3$CH$_2$OH+O$_2$=CH$_3$COOH+H$_2$O,故B正确;

C.原电池放电时,阳离子氢离子向正极移动,故C错误;

D.若有0.4mol电子转移,根据O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O知,消耗标况下氧气的体积=$\frac {0.4mol}{4}$×22.4L/mol=2.24L,故D错误;

故选B.

点评:

本题考查了化学电源新型电池,根据正负极上得失电子结合电解质溶液的酸碱性书写其电极反应式,为学习难点,再结合离子移动方向、转移电子来分析解答,难度中等.

2单选题

据报道,最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池,电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍,可连续使用一个月才充一次电.其电池反应为:2CH$_3$OH+3O$_2$+4OH_$\underset{充电}{\overset{放电}{\rightleftarrows}}$2CO$_3$_+6H$_2$O,则下列说法错误的是(  )

A
放电时CH$_3$OH参与反应的电极为正极
B
充电时电解质溶液的pH逐渐增大
C
放电时负极的电极反应为:CH$_3$OH-6e_+8OH_=CO$_3$_+6H$_2$O
D
充电时每生成1molCH$_3$OH转移6mol电子

题目答案

A

答案解析

分析:

放电时,相当于原电池的工作原理,正极发生得电子的还原反应,负极发生失电子的氧化反应;充电时,相当于电解池的工作原理,根据反应方程式来确定溶液的酸碱性并判断电子转移的量.

解答:

解:A、放电时,相当于原电池的工作原理,负极发生失电子的氧化反应,根据总反应:2CH$_3$OH+3O$_2$+4OH_2CO$_3$_+6H$_2$O,则放电时CH$_3$OH参与反应的电极为负极,故A错误;

B、充电时,相当于电解池的工作原理,根据总反应:2CH$_3$OH+3O$_2$+4OH_2CO$_3$_+6H$_2$O,生成大量的氢氧根离子,所以碱性增强,故电解质溶液的pH逐渐增大,故B正确;

C、放电时负极发生失电子的氧化反应,根据总反应:2CH$_3$OH+3O$_2$+4OH_2CO$_3$_+6H$_2$O,则负极的电极反应为:CH$_3$OH-6e_+8OH_=CO$_3$_+6H$_2$O,故C正确;

D、充电时,根据总反应:2CH$_3$OH+3O$_2$+4OH_2CO$_3$_+6H$_2$O,每生成2molCH$_3$OH转移12mol电子,则每生成1mol

CH$_3$OH转移6mol电子,故D正确.

故选A.

点评:

本题考查学生有关二次电池的有关知识,可以根据所学知识进行回答,难度不大.

3单选题

日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池(DDFC),该电池有较高的安全性.电池总反应为:CH$_3$OCH$_3$+3O$_2$=2CO$_2$+3H$_2$O,电池示意如图,下列说法不正确的是(  )

A
a极为电池的负极
B
电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极
C
电池正极的电极反应为:4H_+O$_2$+4e_=2H$_2$O
D
电池工作时,1mol二甲醚被氧化时就有6mol电子转移

题目答案

D

答案解析

分析:

A、燃料电池中,通入燃料的电极是负极;

B、电池工作时电流由正极沿导线到负极;

C、燃料电池中,通入氧气的电极是正极;

D.根据电池反应来确定电子转移的数目.

解答:

解:A、燃料电池中,通入燃料二甲醚的电极a是负极,故A正确;

B、电池工作时电流由正极b沿导线到负极a,故B正确;

C、燃料电池中,通入氧气的电极是正极,在酸性环境下的电极反应为:4H_+O$_2$+4e_=2H$_2$O,故C正确;

D.根据电池反应CH$_3$OCH$_3$+3O$_2$=2CO$_2$+3H$_2$O可知,1mol二甲醚被氧化时就有12mol电子转移,故D错误.

故选D.

点评:

本题考查学生燃料电池的工作原理知识,可以根据所学知识来回答,注意平时知识的积累,难度不大.

4单选题

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CH$_3$CH$_2$OH-4e_+H$_2$O═CH$_3$COOH+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
电池反应的化学方程式为CH$_3$CH$_2$OH+O$_2$═CH$_3$COOH+H$_2$O
C
正极上发生的反应为:O$_2$+4e_+2H$_2$O═4OH_
D
若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气

题目答案

B

答案解析

分析:

酸性乙醇燃料电池的负极反应为:CH$_3$CH$_2$OH-4e_+H$_2$O═CH$_3$COOH+4H_,正极应为O$_2$得电子被还原,电极反应式为:O$_2$+4e_+4H_═2H$_2$O,正负极相加可得电池的总反应式为:CH$_3$CH$_2$OH+O$_2$═CH$_3$COOH+H$_2$O,可根据电极反应式判断离子和电子的转移问题.

解答:

解:A.原电池中,阳离子向正极移动,故A错误;

B.酸性乙醇燃料电池的负极反应为:CH$_3$CH$_2$OH-4e_+H$_2$O═CH$_3$COOH+4H_,可知乙醇被氧化生成乙酸和水,总反应式为:CH$_3$CH$_2$OH+O$_2$═CH$_3$COOH+H$_2$O,故B正确;

C.燃料电池中,氧气在正极得电子被还原生成水,正极反应式为:O$_2$+4e_+4H_═2H$_2$O,故C错误;

D.氧气得电子被还原,化合价由0价降低到-2价,若有0.4mol电子转移,则应有0.1mol氧气被还原,在标准状况下的体积为2.24L,故D错误.

故选:B.

点评:

本题考查酸性乙醇燃料电池知识,题目难度中等,注意题中乙醇被氧化为乙酸的特点,答题中注意审题,根据题给信息解答.

5单选题

一种新型污水处理装置如图所示.该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能.下列说法中不正确的是(  )

A
电池工作时H_从M极区移向N极区
B
N极为正极,发生还原反应
C
M极的电极反应式为:C$_6$H$_1$2O$_6$+6H$_2$O-24e_═6CO$_2$↑+24H_
D
当N极消耗5.6L(标况下)气体时,则有2N_A个H_通过离子交换膜

题目答案

D

答案解析

分析:

根据题给信息知,该装置是将化学能转化为电能的原电池,由氢离子移动方向知,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸性溶液,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,外电路中电子从负极沿方向流向正极,据此分析解答.

解答:

解:根据题给信息知,该装置是将化学能转化为电能的原电池,由氢离子移动方向知,M是负极,N是正极,电解质溶液为酸性溶液,负极上失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,外电路中电子从负极沿方向流向正极,

A.电池工作时H_从负极移向正极,即从M极区移向N极区,故A正确;

B.该装置属于原电池,N为正极,发生还原反应,故B正确;

C.若有机废水中含有葡萄糖,葡萄糖属于燃料,在负极M上失电子发生氧化反应,电极反应式为C$_6$H$_1$2O$_6$+6H$_2$O-24e_═6CO$_2$↑+24H_,故C正确;

D、N电极上的反应:O$_2$+4H_+4e_=2H$_2$O,当N极消耗5.6L(标况下)即0.25mol氧气时,则有1mol,即N_A个H_通过离子交换膜,故D错误.

故选D.

点评:

本题考查了原电池原理,明确原电池正负极上得失电子、电子流向、电解质溶液中阴阳离子移动方向即可解答,难度中等.

6单选题

可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世,其结构示意图如下.甲醇在催化剂作用下提供质子(H_)和电子.电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应.该电池总反应式为:2CH$_3$OH+3O$_2$═2CO$_2$+4H$_2$O.下列说法中正确的是(  )

A
右边的电极为电池的负极,b处通入的是空气
B
左边的电极为电池的负极,a处通入的是甲醇
C
电池负极的反应式为:CH$_3$OH+H$_2$O═CO$_2$+6H_+4e_
D
电池正极的反应式为:O$_2$+2H$_2$O+4e_═4OH_

题目答案

B

答案解析

分析:

原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,燃料电池中,通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极,根据电子流向知,左边电极是负极、右边电极是正极,a处通入的是甲醇、b处通入的是空气,电解质溶液呈酸性,负极反应式为CH$_3$OH+H$_2$O-6e_=CO$_2$+6H_,正极反应式为O$_2$+4H_+4e_=2H$_2$O,据此分析解答.

解答:

解:A.燃料电池中,通入燃料甲醇的电极是负极、通入氧化剂氧气的电极是正极,根据电子流向知,右边电极是正极,故A错误;

B.根据电子流向知,左边电极是负极,负极上甲醇失电子发生氧化反应,所以a处通入的是甲醇,故B正确;

C.负极上甲醇失电子发生氧化反应,电极反应式为CH$_3$OH+H$_2$O-6e_=CO$_2$+6H_,故C错误;

D.正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O$_2$+4H_+4e_=2H$_2$O,故D错误;

故选B.

点评:

本题考查化学电源新型电池,为高频考点,所有的燃料电池中通入燃料的电极都是负极、通入氧化剂的电极是正极,难点是电极反应式的书写,要结合电解质溶液酸碱性书写.

7单选题

甲醇燃料电池结构示意图如下.甲醇在催化剂作用下提供质子(H_)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应,电池总反应为:2CH$_3$OH+3O$_2$═2CO$_2$+4H$_2$O.下列说法不正确的是(  )

A
右电极为电池正极,左电极为电池负极
B
a处通入空气,b处通入甲醇
C
负极反应式为:CH$_3$OH+H$_2$O-6e_═CO$_2$+6H_
D
正极反应式为:O$_2$+4H_+4e_═2H$_2$O

题目答案

B

答案解析

分析:

由电子的方向可知a为负极,b为正极,甲醇在负极被氧化,由题意可知生成CO$_2$和H_,负极反应为CH$_3$OH+H$_2$O-6e_=CO$_2$+6H_,氧气在正极得电子被还原,生成水,正极反应式为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O,以此解答该题.

解答:

解:A.在原电池中,电子从负极流向正极,所以b为正极,a为负极,故A正确;

B.a为负极,甲醇在负极被氧化,应通入甲醇,b处通入空气,故B错误;

C.甲醇在负极被氧化,生成CO$_2$和H_,负极反应为CH$_3$OH+H$_2$O-6e_=CO$_2$+6H_,故C正确;

D.氧气在正极得电子被还原,生成水,正极反应式为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O,故D正确.

故选B.

点评:

本题考查原电池知识,题目难度中等,解答本题的关键是根据图示电子的转移方向判断电极,根据总反应式结合题意确定电极方程式,此为该题的难度,也是易错点.

8单选题

近年来,科学家研制了一种新型的乙醇燃料电池,它用酸性电解质(H_)作溶剂.电池总反应为:C$_2$H$_5$OH+3O$_2$=2CO$_2$+3H$_2$O,下列说法不正确的是(  )

A
乙醇在电池的负极上参加反应
B
1mol CH$_3$CH$_2$OH被氧化转移6mole-
C
随着反应的进行,正极附近的酸性减弱
D
电池放电过程中化学能转化成电能

题目答案

B

答案解析

分析:

酸性乙醇燃料电池总反应为C$_2$H$_5$OH+3O$_2$═2CO$_2$+3H$_2$O,负极乙醇被氧化生成CO$_2$,电极反应式为C$_2$H$_5$OH-12e_+3H$_2$O═2CO$_2$+12H_,正极氧气得电子生成H$_2$O,电极反应式为4H_+O$_2$+4e_═2H$_2$O,结合原电池的工作原理解答该题.

解答:

解:A、乙醇燃料电池中,乙醇在负极失电子参加反应,故A正确;

B、根据C$_2$H$_5$OH+3O$_2$=2CO$_2$+3H$_2$O 转移12e_,可得1mol CH$_3$CH$_2$OH被氧化转移12mole_,故B错误;

C、该乙醇燃料电池用酸性电解质(H_)作溶剂,所以正极反应为O$_2$+4e_+4H_=2H$_2$O,随着反应的进行,H_不断被消耗,溶液酸性减弱,故C正确;

D、电池放电是原电池原理,化学能转化成电能,故D正确;

故选B.

点评:

本题考查化学电源新型电池的工作原理,题目难度中等,解答本题的关键是能根据电池总反应判断正负极,并能写出电极反应式,为解答该题的易错点,注意把握.

9单选题

美国圣路易斯大学研制新型的乙醇燃料电池,用质子(H_)溶剂,在200℃左右供电.电池总反应为:C$_2$H$_5$OH+3O$_2$→2CO$_2$+3H$_2$O,如图是该电池的示意图,下列说法正确的是(  )

A
a极为电池的正极
B
电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极
C
电池负极的电极反应为:4H_+O$_2$+4e_=2H$_2$O
D
电池工作时,1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移

题目答案

B

答案解析

分析:

该燃料电池中,通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极,则a是负极、b是正极,电解质溶液呈酸性,则负极反应式为C$_2$H$_5$OH+3H$_2$O-12e_═2CO$_2$+12H_,正极反应方程式为4H_+O$_2$+4e_═2H$_2$O,据此分析解答.

解答:

解:A.燃料电池中,通入燃料的电极是负极,所以通入乙醇的电极a是负极,故A错误;

B.放电时,电流从正极b沿导线流向负极a,故B正确;

C.负极反应式为C$_2$H$_5$OH+3H$_2$O-12e_═2CO$_2$+12H_,正极反应方程式为4H_+O$_2$+4e_═2H$_2$O,故C错误;

D.放电时,根据C$_2$H$_5$OH+3H$_2$O-12e_═2CO$_2$+12H_知,有1mol乙醇被氧化时有12mol电子发生转移,故D错误;

故选B.

点评:

本题以燃料电池为载体考查原电池原理,侧重考查判断、计算能力,难点是电极反应式的书写,注意结合电解质溶液酸碱性书写.

10单选题

甲醇、空气和强碱溶液做电解质的手机燃料电池中所发生的反应为:2CH$_3$OH+3O$_2$+4OH_$\underset{充电}{\overset{放电}{\rightleftarrows}}$2CO$_3$_+6H$_2$O,下列有关说法正确的是(  )

A
放电时,CH$_3$OH参与反应的电极为正极
B
放电时,每通入标况下11.2L O$_2$完全反应转移电子数为1mol
C
放电时,电解质溶液的pH逐渐增大
D
放电时,负极反应为:CH$_3$OH-6e_+8OH_=CO$_3$_+6H$_2$O

题目答案

D

答案解析

分析:

燃料电池中放电时,负极反应式为CH$_3$OH-6e_+8OH_═CO$_3$_+6H$_2$O,电极反应式为O$_2$+2H$_2$O+4e=4OH_,充电时阴阳极上电极反应式与放电时负极、正极上电极反应式正好相反,据此分析解答.

解答:

解:A.放电时,甲醇失电子发生氧化反应,所以甲醇参与反应的电极是负极,故A错误;

B.标况下11.2L氧气物质的量是0.5mol,放电时,每通入标况下11.2L O$_2$完全反应转移电子物质的量=0.5mol×4=2mol,故B错误;

C.放电时,负极上甲醇失电子发生氧化反应,电极反应式为CH$_3$OH-6e_+8OH_═CO$_3$_+6H$_2$O,氢氧根离子浓度减小,所以电解质溶液的pH逐渐减小,故C错误;

D.放电时,负极上甲醇失电子发生氧化反应,电极反应式为CH$_3$OH-6e_+8OH_═CO$_3$_+6H$_2$O,故D正确;

故选D.

点评:

本题考查化学电源新型电池,为高频考点,明确各个电极上发生的反应是解本题关键,难点是电极反应式的书写,要结合电解质溶液酸碱性书写,题目难度不大.

11单选题

据报道,摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料,以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池,充一次电可连续使用一个月.已知电池的总反应式为:2CH$_3$OH+3O$_2$+4KOH$\underset{充电}{\overset{放电}{\rightleftarrows}}$2K$_2$CO$_3$+6H$_2$O则下列说法正确的是(  )

A
构成该电池的正极和负极必须是两种活性不同的金属
B
放电时CH$_3$OH为电池的正极
C
放电时每消耗1 mol CH$_3$OH转移12mol电子
D
放电时负极的电极反应为:CH$_3$OH-6e_+8OH_=CO$_3$_+6H$_2$O

题目答案

D

答案解析

分析:

放电时,根据电池反应式知,C元素的化合价升高,所以甲醇所在电极为原电池的负极,O元素的化合价降低,所以通入氧气的极为原电池的正极,负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应,充电时,阴阳极上电极反应式为正负极的电极反应式的逆反应,以此来解答.

解答:

解:A、燃料电池的电极可以是石墨,所以构成该电池的正极和负极可能是石墨,故A错误;

B、放电时,甲醇所在电极为原电池的负极,故B错误;

C、放电时,负极上电极反应式为:CH$_3$OH-6e_+8OH_=CO$_3$_+6H$_2$O,每消耗1mol甲醇,转移6mol电子,故C错误;

D、放电时,负极上甲醇失电子发生氧化反应,电极反应式为:CH$_3$OH-6e_+8OH_=CO$_3$_+6H$_2$O,故D正确.

故选D.

点评:

本题考查了原电池和电解池原理,明确充放电时各个电极上发生的电极反应是解本题关键,难点是电极反应式的书写,要注意结合电解质溶液酸碱性书写,为易错点.

12单选题

一种由甲醇(CH$_3$OH)和氧气以及氢氧化钠做电解质溶液的新型电池,其两极的电极反应式为:2CH$_3$ OH+16OH_-12e_=2CO$_3$_+12H$_2$O,6H$_2$O+3O$_2$+12e_=12OH_,关于此电池的推断正确的是(  )

A
通入氧气的一极是负极
B
放电时,溶液中的OH_向正极移动
C
反应中若有6mol电子发生转移,则有32g CH$_3$ OH被还原
D
该电池工作时甲醇一极附近溶液的pH降低

题目答案

D

答案解析

分析:

由甲醇(CH$_3$OH)和氧气以及氢氧化钠做电解质溶液的新型电池,正极发生得电子的还原反应,负极发生失电子的氧化反应,根据反应方程式来确定溶液的酸碱性并判断电子转移的量.

解答:

解:A、放电时,负极是甲醇发生失电子的氧化反应,正极为氧气得电子生成氢氧根离子,故A错误;

B、放电时,阴离子向负极移动,则溶液中的OH_向负极移动,故B错误;

C、放电时,负极是甲醇发生失电子的氧化反应,即CH$_3$OH-6e_+8OH_=6H$_2$O+CO$_3$_,则反应中若有6mol电子发生转移,则有32g CH$_3$ OH被氧化,故C错误;

D、放电时,负极是甲醇发生失电子的氧化反应,即CH$_3$OH-6e_+8OH_=6H$_2$O+CO$_3$_,反应消耗氢氧根离子,所以甲醇一极附近溶液的pH降低,故D正确.

故选D.

点评:

本题考查了燃料电池,侧重于考查学生书对电极方程式的书写的掌握情况,题目难度不大,注意电解质溶液的酸碱性对电极方程式的影响.