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高中化學(xué)
人教版　選擇性必修1
第一節(jié)　原電池
課時(shí)27　燃料電池
第四章　化學(xué)反應(yīng)與電能
目
錄
Contents
關(guān)鍵能力
舉題說(shuō)法
關(guān)鍵能力
一、 能力打底　概念辨析
判斷下列說(shuō)法的正誤(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)。
氫氧燃料電池已用于航天飛機(jī)，它是以鉑作電極，KOH溶液作電解質(zhì)。關(guān)于氫氧燃料電池：
(1) H2在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。(　 　)
(2) 燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%。(　 　)
(3) 是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置。(　 　)
(4) 負(fù)極反應(yīng)為2H2＋4OH－－4e－===4H2O。(　 　)
(5) 正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(　 　)
(6) 供電時(shí)的總反應(yīng)為2H2＋O2===2H2O。(　 　)
√
×
√
√
√
√
二、 氫氧燃料電池
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分成酸性和堿性兩種。
酸性 堿性
負(fù)極反應(yīng)式 ______________________________ ____________________________
正極反應(yīng)式 _______________________________ ____________________________
電池總反應(yīng)式 ______________________________ 2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H2＋O2===2H2O
三、 燃料電池電極反應(yīng)式的書寫
第一步：寫出電池總反應(yīng)式。
如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)中發(fā)生的反應(yīng)如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O?、佟　O2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O?、?br/>①＋②得燃料電池總反應(yīng)式為____________________________________________。
第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式。
根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)式有所不同，大致有以下四種情況：
① 酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下的電極反應(yīng)式： _______________________________。
CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
② 堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下的電極反應(yīng)式：_____________________________。
③ 熔融金屬氧化物(如Li2O高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下的電極反應(yīng)式： ________________________。
④ 熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下的電極反應(yīng)式：________________________。
第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出負(fù)極反應(yīng)式。
電池反應(yīng)的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式。因?yàn)镺2不是負(fù)極反應(yīng)物，因此兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)要徹底消除O2。
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
O2＋4e－===2O2－
舉題說(shuō)法
1
類型1　氫氧燃料電池
　如圖是一種航天器能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)原理示意圖。下列說(shuō)法中正確的是(　 　)
A. 該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化
B. 裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生
D. 裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能之間的完全轉(zhuǎn)化
C
[解析]　該系統(tǒng)有太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能多種能量轉(zhuǎn)化形式，A錯(cuò)誤；裝置Y為原電池，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)是H2發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯(cuò)誤；裝置X的作用是將水轉(zhuǎn)化為燃料(氫氣)和氧化劑(氧氣)，C正確；化學(xué)能與電能之間不可能完全轉(zhuǎn)化，D錯(cuò)誤。
2
類型2　有機(jī)物燃料電池
　一種熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　 　)
D
3
類型3　新型燃料電池
　新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的結(jié)構(gòu)如圖所示，(已知NaBH4中H為－1價(jià))，有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　 　)
A. 電極B材料中含MnO2層，MnO2可增強(qiáng)導(dǎo)電性
C. 放電過程中，Na＋從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移
D. 在電池反應(yīng)中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理論上流過電路中的電子數(shù)為6×6.02×1023
B課時(shí)27　燃料電池
1. 認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及重要作用。
2. 掌握燃料電池的工作原理，會(huì)書寫電極反應(yīng)式。
一、 能力打底　概念辨析
判斷下列說(shuō)法的正誤(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)。
氫氧燃料電池已用于航天飛機(jī)，它是以鉑作電極，KOH溶液作電解質(zhì)。關(guān)于氫氧燃料電池：
(1) H2在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。(　√　)
(2) 燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%。(　×　)
(3) 是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置。(　√　)
(4) 負(fù)極反應(yīng)為2H2＋4OH－－4e－===4H2O。(　√　)
(5) 正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(　√　)
(6) 供電時(shí)的總反應(yīng)為2H2＋O2===2H2O。(　√　)
二、 氫氧燃料電池
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分成酸性和堿性兩種。
酸性 堿性
負(fù)極反應(yīng)式 　2H2－4e－===4H＋　 　2H2＋4OH－－4e－===4H2O　
正極反應(yīng)式 　O2＋4H＋＋4e－===2H2O　 　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　
電池總反應(yīng)式 　2H2＋O2===2H2O　
三、 燃料電池電極反應(yīng)式的書寫
第一步：寫出電池總反應(yīng)式。
如甲烷燃料電池(電解質(zhì)為NaOH溶液)中發(fā)生的反應(yīng)如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O?、佟　O2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O?、?br/>①＋②得燃料電池總反應(yīng)式為　CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O　。
第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式。
根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)式有所不同，大致有以下四種情況：
① 酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下的電極反應(yīng)式： 　O2＋4H＋＋4e－===2H2O　。
② 堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下的電極反應(yīng)式：　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　。
③ 熔融金屬氧化物(如Li2O高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下的電極反應(yīng)式： 　O2＋4e－===2O2－　。
④ 熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下的電極反應(yīng)式：　O2＋2CO2＋4e－===2CO　。
第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出負(fù)極反應(yīng)式。
電池反應(yīng)的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式。因?yàn)镺2不是負(fù)極反應(yīng)物，因此兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)要徹底消除O2。
類型1　氫氧燃料電池
　如圖是一種航天器能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)原理示意圖。下列說(shuō)法中正確的是(　C　)
A. 該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化
B. 裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生
D. 裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能之間的完全轉(zhuǎn)化
[解析]　該系統(tǒng)有太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能多種能量轉(zhuǎn)化形式，A錯(cuò)誤；裝置Y為原電池，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)是H2發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯(cuò)誤；裝置X的作用是將水轉(zhuǎn)化為燃料(氫氣)和氧化劑(氧氣)，C正確；化學(xué)能與電能之間不可能完全轉(zhuǎn)化，D錯(cuò)誤。
類型2　有機(jī)物燃料電池
　一種熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如右圖所示。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　D　)
A. 反應(yīng)CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗 1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol 電子
B. 電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－===2H2O
C. 電池工作時(shí)，CO向電極B移動(dòng)
D. 電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－===2CO
[解析]　由碳元素化合價(jià)變化可知，每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移6 mol電子，A錯(cuò)誤；電極A為負(fù)極，電極反應(yīng)為H2＋CO＋2CO－4e－===H2O＋3CO2，B錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，CO向負(fù)極即電極A移動(dòng)，C錯(cuò)誤；電極B是正極，電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－===2CO，D正確。
類型3　新型燃料電池
　新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的結(jié)構(gòu)如圖所示，(已知NaBH4中H為－1價(jià))，有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　B　)
A. 電極B材料中含MnO2層，MnO2可增強(qiáng)導(dǎo)電性
B. 電池負(fù)極區(qū)的電極反應(yīng)式：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
C. 放電過程中，Na＋從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移
D. 在電池反應(yīng)中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理論上流過電路中的電子數(shù)為6×6.02×1023
[解析]　電極B采用MnO2，為正極，H2O2發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子被還原生成OH－，MnO2既作電極材料又有催化作用，A錯(cuò)誤；負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，B正確；放電時(shí)， Na＋向正極移動(dòng)，C錯(cuò)誤； 在電池反應(yīng)中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理論上流過電路中的電子數(shù)為12×6.02×1023，D錯(cuò)誤。
1. 右圖為氫氧燃料電池的原理示意圖，據(jù)圖分析下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　B　)
A. a電極是負(fù)極
B. b電極的電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C. 氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源
D. 氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置
[解析]　從圖中可看出a電極處通入的是H2，b電極處通入的是O2，該電池的總反應(yīng)是2H2＋O2===2H2O，故a電極處H2失電子被氧化，a電極為負(fù)極；相對(duì)應(yīng)的b電極為正極，b電極的電極反應(yīng)式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。B錯(cuò)誤。
2. 右圖是甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H＋)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　B　)
A. 左側(cè)電極為電池的負(fù)極，a處通入的物質(zhì)是甲醇
B. 正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
D. 該電池提供1 mol電子，消耗氧氣0.25 mol
[解析]　負(fù)極反應(yīng)式為2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋，正極反應(yīng)式為3O2＋12e－＋12H＋===6H2O；根據(jù)電子流向，可以判斷a處通甲醇，b處通O2；當(dāng)電池提供1mol電子時(shí)，消耗O2為1× mol＝0.25mol。故選B。
3. (2023·鹽城模擬)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如右圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　B　)
A. 負(fù)載通過0.04mol電子時(shí)，有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)
B. 正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高
C. 電池總反應(yīng)式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D. 電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極
[解析]　根據(jù)圖示的電池結(jié)構(gòu)，左側(cè)VB2發(fā)生失電子的反應(yīng)，生成VO和B(OH)，電極反應(yīng)式如題干所示，右側(cè)空氣中的氧氣發(fā)生得電子的反應(yīng)，生成OH－，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，電池的總反應(yīng)式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，據(jù)此分析。當(dāng)負(fù)極通過0.04 mol 電子時(shí)，正極也通過0.04 mol電子，根據(jù)正極的電極反應(yīng)式，通過0.04 mol 電子消耗0.01 mol氧氣，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為0.224 L，A正確；反應(yīng)過程中正極生成大量的OH－，使正極區(qū)pH升高，負(fù)極消耗OH－，使負(fù)極區(qū)pH降低，B錯(cuò)誤；根據(jù)分析，電池的總反應(yīng)式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正確；電池中，電子由VB2電極經(jīng)負(fù)載流向復(fù)合碳電極，電流流向與電子流向相反，則電流流向?yàn)閺?fù)合碳電極→負(fù)載→VB2電極→KOH溶液→復(fù)合碳電極，D正確。
4. 寫出不同環(huán)境下的甲烷燃料電池的正、負(fù)極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。
(1) 酸性介質(zhì)(如H2SO4)
負(fù)極：　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋　；
正極：　2O2＋8e－＋8H＋===4H2O　；
總反應(yīng)式：　CH4＋2O2===CO2＋2H2O　?！?(2) 堿性介質(zhì)(如KOH)
負(fù)極：　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O??；
正極：　2O2＋8e－＋4H2O===8OH－?。?br/>總反應(yīng)式：　CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O　。
(3) 熔融金屬氧化物(如ZrO2高溫下能傳導(dǎo)O2－)
負(fù)極：　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O?。?br/>正極：　2O2＋8e－===4O2－??；
總反應(yīng)式：　CH4＋2O2===CO2＋2H2O　。 (4) 熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下
負(fù)極：　CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O??；
正極：　2O2＋8e－＋4CO2===4CO??；
總反應(yīng)式：　CH4＋2O2===CO2＋2H2O　。
1.科學(xué)家利用二氧化鈰(CeO2)在太陽(yáng)能作用下將H2O、CO2轉(zhuǎn)變成H2、CO。其過程如下：
Ⅰ.mCeO2(m－x)CeO2·xCe＋xO2
Ⅱ.(m－x)CeO2·xCe＋xH2O＋xCO2mCeO2＋xH2＋xCO
下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　C　)
A. 該過程中CeO2沒有消耗
B. 該過程實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化
C. 上圖中ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D. 以CO和O2構(gòu)成的堿性燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為CO＋4OH－－2e－===CO＋2H2O
[解析]　通過太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)的總反應(yīng)為H2O＋CO2===CO＋H2＋O2，該過程中CeO2沒有消耗，作催化劑，A正確；該過程是在太陽(yáng)能作用下將H2O、CO2轉(zhuǎn)變成H2、CO，B正確；由圖根據(jù)蓋斯定律，可得ΔH1＝－(ΔH2＋ΔH3)，C錯(cuò)誤；電解質(zhì)為堿性溶液的燃料電池，CO在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO，D正確。
2. 某種質(zhì)子交換膜燃料電池如右圖所示，下列說(shuō)法中正確的是(　B　)
A. a極為該電池的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)
B. 正極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋===2H2O
C. 質(zhì)子(H＋)通過質(zhì)子交換膜移向a極
D. 該燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)到100%
[解析]　a極通入的是氫氣，為該電池的負(fù)極，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；正極通入氧氣，發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，氫離子移向正極，則正極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B正確；燃料電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，則質(zhì)子(H＋)通過質(zhì)子交換膜移向b極，C錯(cuò)誤；該燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)到100%，D錯(cuò)誤。
3. 鋅－空氣電池適宜用作城市電動(dòng)車的動(dòng)力電源，該電池放電時(shí)，Zn轉(zhuǎn)化為ZnO(工作原理如右圖所示)。下列說(shuō)法中正確的是(　C　)
A. 該電池的正極反應(yīng)式為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B. 該電池放電時(shí)電子經(jīng)KOH溶液向石墨電極移動(dòng)
C. 該電池的鋅電極是負(fù)極
D. 氧氣在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
4. 一種鎂氧電池的工作原理如右圖所示，電極材料為金屬鎂和吸附氧氣的活性炭，電解液為KOH濃溶液。下列說(shuō)法中正確的是(　A　)
A. 電池總反應(yīng)式為2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2
B. 負(fù)極反應(yīng)式為Mg－2e－===Mg2＋
C. 活性炭可以增大O2在負(fù)極上的反應(yīng)速率
D. 電子的移動(dòng)方向由電極b經(jīng)外電路到電極a
[解析]　負(fù)極反應(yīng)式為Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，得失電子相同的條件下，將正、負(fù)極電極反應(yīng)式相加得電池總反應(yīng)式為2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2, A正確，B錯(cuò)誤；通入O2的電極是正極，活性炭可以增大O2在正極上的反應(yīng)速率， C錯(cuò)誤；Mg作負(fù)極、活性炭作正極，電子從負(fù)極a經(jīng)外電路到正極b, D錯(cuò)誤。
5.(2023·東臺(tái)模擬)銀鋁電池具有能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，其工作原理如右圖所示，電池放電時(shí)的反應(yīng)為2Al＋3Ag2O＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]＋6Ag。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　C　)
A. Al為電源負(fù)極
B. 正極反應(yīng)為Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C. 放電時(shí)負(fù)極區(qū)pH增大
D. 放電時(shí)Na＋通過交換膜向右側(cè)移動(dòng)
[解析]　由反應(yīng)式可知，放電時(shí)Al被氧化，因此Al為電源負(fù)極，A正確；Ag2O為電源正極，放電時(shí)被還原成Ag，電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B正確；負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，反應(yīng)時(shí)負(fù)極區(qū)c(OH－)減小，則pH減小，C錯(cuò)誤；電池放電時(shí)，陽(yáng)離子移向正極，因此Na＋通過交換膜向右側(cè)移動(dòng)，D正確。
6.(2023·蘇州期中)微生物燃料電池可用于凈化含鉻廢水，其工作原理如右圖所示。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　D　)
A. M極是電池的負(fù)極
B. CH3OH在電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
C. N電極附近溶液的pH增大
D. 若0.1 molCr2O參加反應(yīng)，則有0.8 molH＋從交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移
[解析]　由分析可知，M電極為原電池的負(fù)極，A正確；在微生物和水分子作用下，甲醇在負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和氫離子，B正確；電極N為正極，在正極還原菌作用下，氧氣、重鉻酸根離子在酸性條件下發(fā)生還原反應(yīng)，生成水、氫氧化鉻，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O、Cr2O＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3＋H2O，原電池工作時(shí)放電消耗氫離子，溶液中氫離子濃度減小，所以N電極附近溶液的pH增大，C正確；由C項(xiàng)分析可知，若有0.1 mol重鉻酸根離子參加反應(yīng)，從交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移的氫離子的物質(zhì)的量大于0.8 mol，D錯(cuò)誤。
7.(2023·鎮(zhèn)江模擬)一種液態(tài)肼(N2H4)燃料電池被廣泛應(yīng)用于發(fā)射通信衛(wèi)星、戰(zhàn)略導(dǎo)彈等的運(yùn)載火箭中。該燃料電池以固體氧化物為電解質(zhì)，生成物為無(wú)毒、無(wú)害的物質(zhì)。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　D　)
A. 電子沿“電極a→用電器→電極b→電解質(zhì)→電極a”的路徑流動(dòng)
B. 電極a上的電極反應(yīng)為N2H4＋2O2－＋4e－===N2↑＋2H2O
C. 當(dāng)電極a上消耗1 molN2H4時(shí)，電極b上被氧化的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為22.4 L
D. 該電池在常溫下不能工作
[解析]　燃料電池工作時(shí)，電子不能經(jīng)過電解質(zhì)，A錯(cuò)誤；由分析可知，通入肼的一極為負(fù)極，在氧離子參與下，肼在負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，電極反應(yīng)式為N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O，B錯(cuò)誤；由電池總反應(yīng)N2H4＋O2===N2＋2H2O可知，當(dāng)電極a上消耗1 molN2H4時(shí)，電極b上有1 molO2被還原，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是22.4 L，C錯(cuò)誤；由分析可知，燃料電池以固體氧化物為電解質(zhì)，需要高溫條件，該電池在常溫下不能工作，D正確。
8. 鎂－次氯酸鹽燃料電池具有比能量高、安全方便等優(yōu)點(diǎn)。該電池的正極反應(yīng)式為ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，關(guān)于該電池的說(shuō)法中正確的是(　C　)
A. 該電池中鎂為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)
B. 電池工作時(shí)，OH－向正極移動(dòng)
C. 該電池的總反應(yīng)式為Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－
D. 電池工作時(shí)，正極周圍溶液的pH變小
[解析]　次氯酸鹽在正極發(fā)生還原反應(yīng)，則Mg為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，B錯(cuò)誤；負(fù)極反應(yīng)式為Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，將正、負(fù)極反應(yīng)式相加可得總反應(yīng)，C正確；根據(jù)正極反應(yīng)式可知，電池工作時(shí)，正極周圍溶液的 c(OH－) 增大，pH增大，D錯(cuò)誤。
9.(2023·通州模擬)一種新型的鋰－空氣電池的工作原理如右圖所示。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法中正確的是(　A　)
A. 電池總反應(yīng)為4 Li＋O2＋2H2O===4 LiOH
B. 可將有機(jī)電解液改為水溶液
C. 金屬鋰作正極，發(fā)生氧化反應(yīng)
D. 當(dāng)有22.4 LO2被還原時(shí)，溶液中有4 molLi＋向多孔碳電極移動(dòng)
[解析]　負(fù)極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－===Li＋，正極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，則電池總反應(yīng)為4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，A正確；因?yàn)榻饘黉嚳膳c水反應(yīng)，則不可將有機(jī)電解液改為水溶液，B錯(cuò)誤；金屬鋰作負(fù)極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，C錯(cuò)誤；未指明為標(biāo)準(zhǔn)狀況，則不能計(jì)算22.4 LO2的物質(zhì)的量，故不能計(jì)算移向多孔碳電極的Li＋的物質(zhì)的量，D錯(cuò)誤。
10. 某燃料電池可實(shí)現(xiàn)NO和CO的無(wú)害轉(zhuǎn)化，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　C　)
A. 石墨Ⅰ電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
B. 電池工作時(shí)，Na＋向石墨Ⅱ電極處移動(dòng)
C. 石墨Ⅱ電極上的反應(yīng)式為CO－2e－＋O2－===CO2
D. 電路中每通過6 mol電子，生成1 mol N2
[解析]　石墨Ⅰ電極上NO發(fā)生反應(yīng)生成N2，氮元素化合價(jià)降低，屬于還原反應(yīng)，A錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，Na＋向正極移動(dòng)，即向石墨Ⅰ電極處移動(dòng)，B錯(cuò)誤；石墨Ⅱ?yàn)樨?fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO－2e－＋O2－===CO2，C正確；氮元素的化合價(jià)由＋2降低為0，每生成1 mol N2得到4 mol電子，則電路中每通過6 mol電子，生成1.5 mol N2，D錯(cuò)誤。
11. 微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示，下列說(shuō)法正確的是(　A　)
A. HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO的反應(yīng)為HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
B. 電子從電極b流出，經(jīng)外電路流向電極a
C. 如果將反應(yīng)物直接燃燒，能量的利用率不會(huì)變化
D. 若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.2 mol H＋通過質(zhì)子交換膜
[解析]　由圖可知硫酸鹽還原菌可以將有機(jī)物氧化成CO2，而硫氧化菌可以將HS－氧化成SO，所以只要兩種細(xì)菌存在，就會(huì)循環(huán)把有機(jī)物氧化成CO2放出電子，負(fù)極上HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，A正確；電極b是電池的正極，電極a是負(fù)極，所以電子從電極a流出經(jīng)外電路流向電極b，B錯(cuò)誤；如果將反應(yīng)物直接燃燒，化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化為熱能還會(huì)有一部分能量轉(zhuǎn)化為光能，能量的利用率會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)誤；根據(jù)電子守恒知，若該電池有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，就有0.4 mol H＋通過質(zhì)子交換膜，D錯(cuò)誤。
12．(2023·無(wú)錫模擬)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)－空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng)：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　B　)
A. 負(fù)載通過0.04 mol電子時(shí)，有0.01 molO2參與反應(yīng)
B. 正極區(qū)溶液的pH減小，負(fù)極區(qū)溶液的pH增大
C. 正極的反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. 電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極
[解析]　由正極反應(yīng)式O2＋4e－＋2H2O===4OH－可以看出，負(fù)載通過0.04 mol電子時(shí)，參加反應(yīng)的O2的物質(zhì)的量為0.01 mol，A正確；從正極反應(yīng)式看，正極生成OH－，正極區(qū)溶液的pH增大，負(fù)極消耗OH－，負(fù)極區(qū)溶液的pH減小，B錯(cuò)誤；由分析可知，正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正確；由分析可知，復(fù)合碳電極是正極，VB2電極為負(fù)極，故電流流向?yàn)閺?fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極，D正確。
13. 通常氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，回答下列問題：
(1) 在酸式介質(zhì)中，電池負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)為　H2　，正極反應(yīng)的物質(zhì)為　O2　。
酸式電池的電極反應(yīng)式：負(fù)極為　2H2－4e－===4H＋　，正極為　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　。電解質(zhì)溶液的pH　變大　(填“變大”“變小”或“不變”)。
(2) 在堿式介質(zhì)中，堿式電池的電極反應(yīng)式：負(fù)極為　2H2－4e－＋4OH－===4H2O　，正極為　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　。電解質(zhì)的溶液pH　變小　(填“變大”“變小”或“不變”)。
(3) 氫氧燃料電池汽車作為上海世博園中的交通工具之一，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是　C　(填字母)。
A. 太陽(yáng)能催化分解水制氫氣比電解水制氫氣更為科學(xué)
B. 氫氧燃料電池作為汽車動(dòng)力更能保護(hù)環(huán)境
C. 分別以稀硫酸、KOH溶液為介質(zhì)的氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式相同
D. 分別以稀硫酸、KOH溶液為介質(zhì)的氫氧燃料電池的總反應(yīng)式相同
[解析]　 (3) 電解水獲得H2消耗較多的能量，而在催化劑作用下利用太陽(yáng)能來(lái)分解H2O獲得H2更為科學(xué)，A正確；氫氧燃料電池的產(chǎn)物H2O無(wú)污染，能有效保護(hù)環(huán)境，B正確；以稀硫酸、KOH溶液為介質(zhì)的氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式分別為H2－2e－===2H＋、H2－2e－＋2OH－===2H2O，不相同，總反應(yīng)式均為2H2＋O2===2H2O，C錯(cuò)誤，D正確。
14. 原電池是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。
(1) 右圖是甲烷燃料電池的工作原理示意圖，回答下列問題：
①電池的負(fù)極是　a　(填“a”或“b”)電極，該極的電極反應(yīng)式為　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　。
②電池工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH　減小　(填“增大”“減小”或“不變”)。
(2) 熔融鹽燃料電池具有很高的發(fā)電效率，因而受到重視。可用碳酸鋰和碳酸鈉的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，一氧化碳為負(fù)極燃?xì)?，空氣與二氧化碳的混合氣為正極助燃?xì)?，制得?50 ℃下工作的燃料電池，其負(fù)極反應(yīng)式為2CO＋2CO－4e－===4CO2。
①正極反應(yīng)式是　O2＋2CO2＋4e－===2CO　；
②電池總反應(yīng)式是　2CO＋O2===2CO2　。
[解析]　(1) 甲烷在反應(yīng)時(shí)失去電子，a電極是電池的負(fù)極。由于電池工作過程中會(huì)消耗OH－，一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH會(huì)減小。 (2) 正極發(fā)生還原反應(yīng)，故正極反應(yīng)式為O2＋2CO2＋4e－===2CO，根據(jù)正極反應(yīng)式＋負(fù)極反應(yīng)式＝電池總反應(yīng)式，可得到電池總反應(yīng)式應(yīng)為2CO＋O2===2CO2。
15. 燃料電池是利用燃料與氧氣反應(yīng)從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
(1) 以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
①A為生物燃料電池的　正　(填“正”或“負(fù)”)極。
②正極反應(yīng)式為　O2＋4H＋＋4e－===2H2O　。
③放電過程中，H＋由　負(fù)　(填“正”或“負(fù)”，下同)極區(qū)向　正　極區(qū)遷移。
④在電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣，理論上生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳的體積是　22.4 L　。
(2) 一氧化碳無(wú)色無(wú)味、有毒，世界各國(guó)每年均有不少人因一氧化碳中毒而失去生命。一種一氧化碳分析儀的工作原理如圖2所示，該裝置中電解質(zhì)為氧化釔—氧化鈉，其中O2－可以在固體介質(zhì)NASICON中自由移動(dòng)。傳感器中通過的電流越大，尾氣中一氧化碳的含量越高。
回答下列問題：
①a極電極反應(yīng)式為　CO＋O2－－2e－===CO2　。
②電池工作時(shí)，O2－由電極　b　(填“a”或“b”，下同)向電極　a　移動(dòng)，電子由電極　a　通過傳感器流向電極　b　。
[解析]　(1) 由圖可知A為燃料電池的正極，電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O；B為燃料電池的負(fù)極，電極反應(yīng)為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。放電過程中，H＋由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)。葡萄糖燃料電池的總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即1 mol O2～1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理論上生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體22.4 L。 (2) ①由元素價(jià)態(tài)變化可知，a電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為CO＋O2－－2e－===CO2，b電極為正極，電極反應(yīng)式為O2＋4e－===2O2－，總反應(yīng)式為2CO＋O2===2CO2。②電池工作時(shí)，O2－由電極b向電極a移動(dòng)，電子由電極a通過傳感器流向電極b。

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