資源簡介

(共27張PPT)
1.新型燃料電池
選擇題專攻
核心精講
01
1.氫氧燃料電池
負(fù)極反應(yīng)式 正極反應(yīng)式
酸性 介質(zhì) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
堿性 介質(zhì) 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2.有機(jī)物燃料電池
(1)在酸性電池中，電極反應(yīng)式用H＋平衡電荷，不能出現(xiàn)OH－。負(fù)極生成H＋，正極消耗H＋。
以CH4燃料電池為例(電解液為H2SO4溶液)，寫出電極反應(yīng)式。
負(fù)極：　　　　　　　　　　　　　　 。
正極： 。
電池總反應(yīng)式： 。
CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2)在堿性電池中，電極反應(yīng)式用OH－平衡電荷，不能出現(xiàn)H＋、CO2(應(yīng)為 )。負(fù)極消耗OH－，正極生成OH－。
以CH4燃料電池為例(電解液為KOH溶液)，寫出電極反應(yīng)式。
負(fù)極： 。
正極： 。
電池總反應(yīng)式： 。
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
(3)熔融碳酸鹽燃料電池( 平衡電荷)。
負(fù)極：燃料失去電子，生成CO2。
正極：氧氣得到電子，生成 。
以CH4燃料電池為例，寫出電極反應(yīng)式。
負(fù)極： 。
正極： 。
(4)固態(tài)氧化物燃料電池(O2－平衡電荷)。
以CH4燃料電池為例，寫出電極反應(yīng)式。
負(fù)極： 。
正極： 。
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
O2＋4e－===2O2－
(5)微生物燃料電池
微生物(或酶)電池是指在微生物的作用下(類似催化作用)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示：
①微生物有利于有機(jī)物的氧化反應(yīng)，促進(jìn)了
反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移。
②有機(jī)物在負(fù)極失去電子，負(fù)極反應(yīng)中有CO2生成，同時(shí)生成H＋(如葡萄糖在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)： )，H＋通過質(zhì)子交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)。
C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2＋24H＋
真題演練
02
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1.(2021·山東，10)以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池，下列說法正確的是
A.放電過程中，K＋均向負(fù)極移動(dòng)
B.放電過程中，KOH物質(zhì)的量均減小
C.消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大
D.消耗1 mol O2時(shí)，理論上N2H4-O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況
　下為11.2 L
√
1
2
放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動(dòng)，A錯(cuò)誤；
堿性環(huán)境下，N2H4-O2清潔燃料電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2＋2H2O，其總反應(yīng)中未消耗KOH，所以KOH的物質(zhì)的量不變，其他兩種燃料電池根據(jù)總反應(yīng)可知，KOH的物質(zhì)的量均減小，B錯(cuò)誤；
1
2
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒和總反應(yīng)式可知，消耗1 mol O2生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1 mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為22.4 L，D錯(cuò)誤。
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2
2.(2019·全國卷Ⅰ，12)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時(shí)MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯(cuò)誤的是
A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，
　同時(shí)還可提供電能
B.陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C.正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3
D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)
√
1
2
相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法選用酶作催
化劑，條件溫和，同時(shí)利用MV＋和MV2＋
的相互轉(zhuǎn)化，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故可提
供電能，故A正確；
左室為負(fù)極區(qū)，MV＋在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成MV2＋，電極反應(yīng)式為MV＋－e－===MV2＋，放電生成的MV2＋在氫化酶的作用下與H2反應(yīng)生成H＋和MV＋，反應(yīng)的方程式為H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，故B錯(cuò)誤；
1
2
右室為正極區(qū)，MV2＋在正極得電子發(fā)生還
原反應(yīng)生成MV＋，電極反應(yīng)式為MV2＋＋e－
===MV＋，放電生成的MV＋與N2在固氮酶
的作用下反應(yīng)生成NH3和MV2＋，故C正確；
電池工作時(shí)，氫離子(即質(zhì)子)通過交換膜由負(fù)極向正極移動(dòng)。
考向預(yù)測
03
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1.研究發(fā)現(xiàn)，在肼(N2H4)酸性燃料電池中添加少量Fe2(SO4)3能持續(xù)大電流放電，工作原理如圖所示。
下列說法錯(cuò)誤的是
A.交換膜M為質(zhì)子交換膜
B.Fe3＋能夠降低正極區(qū)反應(yīng)的活化能
C.放電時(shí)正極區(qū)溶液的pH下降
D.負(fù)極反應(yīng)式為N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
√
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3
由圖可知，N2H4失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)為負(fù)極，反應(yīng)為N2H4－4e－===N2↑＋4H＋，鐵離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成亞鐵離子，亞鐵離子和氧氣反應(yīng)的離子方程
式為4Fe2＋＋4H＋＋O2===4Fe3＋
＋2H2O，反應(yīng)中氫離子向正極
移動(dòng)，交換膜M為質(zhì)子交換膜，
A、D正確；
1
2
3
由圖可知，鐵離子參與反應(yīng)后又生成，即作催化劑，F(xiàn)e3＋能夠降低正極區(qū)反應(yīng)的活化能，B正確；
由A項(xiàng)分析，放電時(shí)正極區(qū)溶液的酸性減弱，pH升高，C錯(cuò)誤。
1
2
3
2.沉積物微生物燃料電池(SMFC)可以將沉積物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)加速沉積物中污染物的去除，用SMFC處理含硫廢水的工作原理如圖所示，酸性增強(qiáng)不利于菌落存活。下列說法錯(cuò)誤的是
A.碳棒b電勢比碳棒a電勢低
B.碳棒a附近酸性增強(qiáng)
C.碳棒b存在電極反應(yīng)：S－6e－＋4H2O
　===　　＋8H＋
D.工作一段時(shí)間后，電池效率降低
√
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2
3
光合菌產(chǎn)生的O2得電子結(jié)合H＋生成H2O，碳棒a為正極，F(xiàn)eSx在硫氧化菌的作用下被氧化為S，S在硫氧化菌的作用下被氧化為硫酸根離子，碳棒b為負(fù)極，正極的電勢高于負(fù)極，A正確；
a為正極，電極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，酸性減弱，B錯(cuò)誤；
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根據(jù)圖示，碳棒b存在電極反應(yīng)：S－6e－＋4H2O===　　 ＋8H＋，C正確；
酸性增強(qiáng)不利于菌落存活，負(fù)極失電子發(fā)生的氧化反應(yīng)會(huì)減慢，故工作一段時(shí)間后，電池效率降低，D正確。
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2
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3.一種雙陰極微生物燃料電池裝置如圖所示。該裝置可以同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化脫氮，其中硝化過程中 被O2氧化。下列敘述正確的是
A.電池工作時(shí)，“厭氧陽極”為正
　極，“缺氧陰極”和“好氧陰極”
　為負(fù)極
B.電池工作時(shí)，“缺氧陰極”電極
　附近溶液的pH減小
D.“厭氧陽極”區(qū)質(zhì)量減少28.8 g時(shí)，該電極輸出電子2.4 mol
√
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2
3
該裝置為原電池，“厭氧陽極”
上C6H12O6轉(zhuǎn)化為CO2，C由0價(jià)變
為＋4價(jià)，則“厭氧陽極”為負(fù)極；
“缺氧陰極”上　　轉(zhuǎn)化為NO2，
再轉(zhuǎn)化為N2，N由＋5價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，
最后變?yōu)?價(jià)，則“缺氧陰極”為正極；“好氧陰極”上O2轉(zhuǎn)化為H2O，O由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，則“好氧陰極”為正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；
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“缺氧陰極”上電極反應(yīng)式分別為
＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O，
2NO2＋8e－＋8H＋===N2＋4H2O，
電池工作時(shí)，“缺氧陰極”上消耗
H＋，其附近溶液的pH增大，B錯(cuò)誤；
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“厭氧陽極”的電極反應(yīng)式為
C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑
＋24H＋，1 mol C6H12O6反應(yīng)消耗
6 mol H2O，轉(zhuǎn)移24 mol電子，
“厭氧陽極”區(qū)質(zhì)量減少288 g，故
“厭氧陽極”區(qū)質(zhì)量減少28.8 g時(shí)，該電極輸出電子2.4 mol，D正確。
本課結(jié)束

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