高中化学人教版（2019）选择性必修1第四章实验活动5制作简单的燃料电池_试卷库

高中化学人教版（2019）选择性必修1第四章实验活动5制作简单的燃料电池

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一、单选题（共18小题）

1、锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示下列说法错误的是（）

A . 金属锂作负极，发生氧化反应 B . Li⁺通过有机电解质向水溶液处移动 C . 正极的电极反应：O₂+4e^-=2O²^- D . 电池总反应：4Li+O₂+2H₂O=4LiOH

2、下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法错误的（）

A . a极是负极 B . 正极的电极反应是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^- C . 电子由b通过灯泡流向a D . 氢氧燃料电池是环保电池

3、关于化学电源：①银锌纽扣电池；②氢氧燃料电池；③锌锰干电池；④铅蓄电池，有关说法正确的是（）

A . ②和③都属于绿色电池 B . ①和③都属于一次电池 C . ①和④都属于二次电池 D . ②可将化学能全部转化为电能

4、汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，该电池在放电时的总反应方程式为PbO₂(s)+Pb(s)+2H₂SO₄(aq)=2PbSO₄(s)+2H₂O(l)，根据此反应判断下列叙述正确的是（）

A . PbO₂是电池的负极，发生氧化反应 B . 负极的电极反应式为Pb -2e^- + SO₄^2- = PbSO₄ C . 铅酸蓄电池放电时，溶液的酸性增强，每转移2 mol电子消耗2 mol H₂SO₄ D . 电池放电时，两电极质量均增加，且每转移1 mol电子时正极质量增加48 g

5、氢氧化钾碱性介质下的甲烷燃料电池总反应方程式为：CH₄+2O₂+2KOH→K₂CO₃+3H₂O，其工作原理如图所示，a、b均为石墨电极。关于该电池的说法正确的是（）

A . a电极为正极 B . b点电极附近的pH在工作一段时间后会减小 C . 工作时电能转化为化学能 D . 电流由b电极经导线、用电器流向a电极

6、NO₂、O₂和熔融NaNO₃可制作燃料电池，生成一种气体Y，其原理如图，下列判断正确的是（）

A . 石墨II电极是该电池的负极，发生的电极反应为：O₂+4e^-=2O^2- B . 电池中NO $\text{[math]}$ 从石墨电极I向石墨电极Ⅱ作定向移动 C . 每消耗1molNO₂转移1mol电子 D . 该电池可用NaNO₃溶液代替熔融NaNO₃作为电解质溶液

7、电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样的电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（）

A . 太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 B . 氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C . 铅蓄电池充电时也发生了氧化还原反应 D . 氢氧燃料电池工作时，H₂在负极上得到电子

8、某种氢氧燃料电池的构造如图所示。下列说法错误的是（）

A . 供电时的总反应为： $\text{[math]}$ B . 多孔金属b作正极，是电子流入的极 C . 电池工作时，电解质溶液中 $\text{[math]}$ 移向a极 D . 负极的电极反应式为 $\text{[math]}$

9、甲醇(CH₃OH)—空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图。下列有关叙述正确的是（）

A . H⁺从正极区通过交换膜移向负极区 B . 负极的电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O C . 图中b、c分别是O₂、甲醇 D . a导出的是CO₂

10、某二甲醚 $\text{[math]}$ /双氧水燃料电池的工作原理如图所示（电极a、b均为惰性电极）。下列说法正确的是（）

A . 电池工作时，外电路中电子的流向：a→负载→b B . 电极b上的电极反应式： $\text{[math]}$ C . 电池工作时，电极a附近溶液的 $\text{[math]}$ 增大 D . 电池工作时，右侧工作室的 $\text{[math]}$ 向左侧工作室迁移

11、一种新型太阳光电化学电池贮能时电解质溶液中离子在两极发生如图所示的转化。下列说法正确的是（）

A . 贮能时，电能转变为化学能和光能 B . 贮能和放电时，电子在导线中流向相同 C . 贮能时，氢离子由a极区迁移至b极区 D . 放电时，b极发生：VO $\text{[math]}$ ＋2H^＋＋e^-=VO²^＋＋H₂O

12、凭借清洁、储量大、能量转换率高、运行稳定等优势，氢能被现代工业视为最理想、潜力最大的新能源。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是（设 $\text{[math]}$ 为阿伏加德常数值）（）

A . 电池每消耗11.2L氢气，电路中通过的电子数目为 $\text{[math]}$ B . a处通入的是氧气 C . 右侧电极发生的反应为： $\text{[math]}$ D . 电池的总反应式是： $\text{[math]}$

13、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：

下列说法错误的是（）

A . 加入 $\text{[math]}$ 降低了正极反应的活化能 B . 电池工作时正极区溶液的pH减小 C . $\text{[math]}$ 被完全氧化时有 $\text{[math]}$ 被还原 D . 正极附近的溶液中会发生反应： $\text{[math]}$

14、利用微生物燃料电池 $\text{[math]}$ 处理氨氮废水原理如图。下列叙述正确的是（）

A . 微生物燃料电池工作时外电路的电流方向为 $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ 极的电极反应式： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ C . 理论上参与反应的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的物质的量之比为 $\text{[math]}$ D . 移去质子交换膜，可提高厌氧微生物电极的性能

15、微生物燃料电池可用于处理含CH₃COO^-的污水，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（）

A . 微生物燃料电池需在高温环境中使用 B . 电极P上的反应为CH₃COO^-+ 2H₂O + 8e^-= 2CO₂↑ + 7H⁺ C . 电路中转移4 mol e^-时，电极Q上会消耗22.4 L O₂ D . 用该电池同时处理含ClO $\text{[math]}$ 的废水时，废水应通入N区

16、以石墨为电极材料，熔融硝酸钠为电解质，NO₂-O₂燃料电池的工作原理如图所示。

下列关于该燃料电池的说法正确的是（）

A . 石墨I电极的电势低于石墨Ⅱ电极的电势 B . 石墨Ⅱ电极上消耗的NO₂的体积与生成的N₂O₅的体积之比为2：1 C . 该电池工作时，熔融NaNO₃中Na⁺向石墨Ⅱ电极移动 D . 该电池的总反应方程式为4NO₂+O₂=2N₂O₅

17、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 $\text{[math]}$ +H₂O B . 在电池工作时，每生成1molHCO $\text{[math]}$ ，将会有1molK⁺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

18、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O₂+2CO₂+4e^-=2CO $\text{[math]}$ ，下列有关说法中错误的是（）

A . 该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率 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，阳极(负极)反应式为2H₂+2CO $\text{[math]}$ -4e^-=2CO₂+2H₂O

二、多选题（共3小题）

1、我国科研团队成功研究出高比能量、低成本的钠离子二次电池，其工作原理示意图如下。已知电池反应：Na_1-xMnO₂+Na_xC_n $\text{[math]}$ NaMnO₂+nC。下列说法正确的是（）

A . 电池放电过程中，NaMnO₂/Al上的电势低于石墨烯/Al上的电势 B . 电池放电时，正极可发生反应Na_1-xMnO₂+xNa⁺+xe^-=NaMnO₂ C . 电池充电时，外接电源的负极连接NaMnO₂/Al电极 D . 电池充电时，Na⁺由NaMnO₂/Al电极移向石墨烯/Al电极

2、锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质为LiClO₄的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi+CF_x=xLiF+C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示。下列说法正确的是（）

A . 正极的电极反应式为CF_x+xe^-+xLi⁺=xLiF+C B . 交换膜为阴离子交换膜 C . 电解质溶液可用LiClO₄的乙醇溶液代替 D . b极电势高于a极电势

3、下列原电池的电极反应式书写错误的是（）

A . 某电池以K₂FeO₄和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。正极反应式为2FeO₄^2-＋10H^＋＋6e^－＝Fe₂O₃＋5H₂O B . 银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag₂O＋H₂O＝Zn(OH)₂＋2Ag，负极反应式：Zn－2e^－＋2OH^－＝Zn(OH)₂ C . 海水中电池反应可表示为5MnO₂＋2Ag＋2NaCl＝Na₂Mn₅O₁₀＋2AgCl，其正极反应式为Ag＋Cl^―－e^－＝AgCl D . 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极常用掺有石墨烯的S₈材料，已知电池反应为16Li＋xS₈＝8Li₂S_x ，则正极反应可为2Li₂S₆＋2Li^＋＋2e^－＝3Li₂S₄

三、填空题（共2小题）

1、如图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na+xS=Na₂S_x ，正极的电极反应式为。M(由Na₂O和Al₂O₃制得)的两个作用是。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的倍。

2、电化学原理在能量转换、金属冶炼等方面应用广泛。

图① 图②

图③

(1)图①是碱性锌锰电池，在负极发生反应的物质是（填“Zn”或“MnO₂”），正极发生反应（填“氧化”或“还原”）。

(2)图②是碱性电解质的氢氧燃料电池，B极通入的气体为，A极发生的电极反应式。

(3)电解法可以提纯粗镓，具体原理如图③所示：

①粗镓与电源极相连（填“正”或“负”）。

②镓在阳极溶解生成的Ga³⁺与NaOH溶液反应生成GaO₂^－， GaO₂^－在阴极放电的电极反应式。

(4)由下列物质冶炼相应金属，须采用电解法的是 (选填字母序号)。

a．NaCl

b.Fe₂O₃

c.Cu₂S

d.Al₂O₃

四、实验探究题（共2小题）

1、研究化学反应中的能量和速率变化对生产生活有着重要意义。

(1)某同学为探究反应Fe+H₂SO₄(稀)=FeSO₄+H₂ $\text{[math]}$ 中的能量变化,向装有铁片的试管中滴加稀H₂SO₄,试管内产生气泡,触摸试管外壁,温度升高。

①该反应为 (填“放热”或“吸热”)反应,因此在该反应中,断裂化学键吸收的能 (填“大于”或“小于”)形成化学键放出的能量。

②下列措施中,能加快氢气生成速率的是 (填字母)。

a.将铁片改成铁粉

b.降低稀H₂SO₄的温度

(2)微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置,总反应的化学方程式为 $\text{[math]}$ 其工作原理如图所示,回答下列

①有氧反应一极是电池的（填“正”或“负”）极，质子交换膜允许 $\text{[math]}$ 通过，该电池的正极反应式为

②若该电路中转移电子的物质的量为12 mol,则生成CO₂的体积(标准状况)为

2、某同学设计了甲烷燃料电池并探究某些工业电解原理(如图所示)，其中乙装置为探究氯碱工业原理(X为阳离子交换膜，C为石墨电极)，丙装置为探究粗铜精炼原理。请回答下列问题：

(1)从 a口通入的气体为。

(2)B电极的电极材料是。

(3)写出甲中通甲烷一极的电极反应式：。

(4)写出乙中发生的总反应的离子方程式为。

五、综合题（共5小题）

1、化学反应中伴随着能量变化，探究各种能量变化是一永恒的主题。

(1)下列变化属于放热反应的是(填序号)。

a．生石灰溶于水 b．浓硫酸稀释 c．碳酸氢钠固体溶于盐酸

d．铜溶于浓硝酸 e．氯化铵固体与氢氧化钡晶体混合搅拌 f．过氧化钠溶于水

(2)H₂O₂分解时的能量变化关系如图所示，则H₂O₂分解反应为反应(选填：吸热、放热)。

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查阅资料得知：将作为催化剂的Fe₂(SO₄)₃溶液加入H₂O₂溶液后，溶液中会发生两个氧化还原反应，且两个反应中H₂O₂均参加了反应，试从催化剂的角度分析，这两个氧化还原反应的离子方程式分别是：2Fe³⁺+H₂O₂=2Fe²⁺+O₂↑+2H⁺和。

(3)如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置：

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①当电极a为镁，电极b为铝，电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该电池的负极为(填名称)。

②燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(O₂)反应所产生的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池，电极a通入氢气燃料，采用氢氧化钠溶液为电解液，b极的电极反应式为。

③质量相同的铜棒和铁棒用导线连接后插入CuSO₄溶液中，一段时间后，取出洗净、干燥、称量，二者质量差为12 g，则导线中通过的电子的数目为。

2、采用如图所示装置模拟工业生产。已知：钾离子交换摸只让钾离子通过分子及其它离子均不能通过。

回答下列问题：

(1)若在A池中实现铁上镀铜，b电极的电极材料为。

(2)若A池中a、b电极材料均为惰性电极，电解一段时间后，两极均有气体产生，则向溶液中加入(填化学式固体可以使溶液恢复到电解前的情况。

(3)B池中，c电极为极(填“正”或“负”)，电极反应式为。

(4)若在C池中用 $\text{[math]}$ 溶液制取 $\text{[math]}$ 溶液和氯气，高浓度的 $\text{[math]}$ 溶液从口出(填图中字母)，当d电极消耗标准状况下 $\text{[math]}$ 时，C池中阳极室溶液质量减少g。

3、原电池是将化学能转化为电能的装置。

(1)a为铜片，b为铁片，烧杯中是稀硫酸溶液。

①当开关K断开时产生的现象为。

A．a不断溶解

B．b不断溶解

C．a上产生气泡

D．b上产生气泡

E．溶液逐渐变蓝

②闭合开关K，反应一段时间后断开开关K，经过一段时间后，下列叙述错误的是。

A．溶液中H⁺浓度减小 B．正极附近 $\text{[math]}$ 浓度逐渐增大

C．溶液中含有FeSO₄D．溶液中 $\text{[math]}$ 浓度基本不变

(2)FeCl₃常用于腐蚀印刷电路铜板，若将此反应设计成原电池，请写出该原电池正极电极反应为。

(3)下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为NaOH溶液，电极材料为疏松多孔的石墨棒。请回答下列问题：

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①a极通入的物质为，电解质溶液中的 $\text{[math]}$ 移向极(选填“负”或“正”)。

②写出此氢氧燃料电池工作时，负极的电极反应式：。

③当消耗氢气11.2L(标准状况下)时，假设电池的能量转化效率为80%，则导线中转移的电子的物质的量为mol。

4、人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。请根据题中提供的信息，填写空格。

(1) $\text{[math]}$ 溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生 $\text{[math]}$ ，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为(填化学式)：；当线路中转移0.2mol电子时，则被腐蚀铜的质量为：g。

(2)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质 $\text{[math]}$ ，溶于混合有机溶剂中， $\text{[math]}$ 通过电解质迁移入 $\text{[math]}$ 晶格中，生成 $\text{[math]}$ 。

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①外电路的电流方向是由极流向极(填字母)。

②电池正极反应式为。

③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？(填“是”或“否”)，原因是。

(3)近几年开发的甲烷—氧气燃料电池采用铂作电极催化剂，用KOH作为电池中的电解液。则通入CH₄的电极为极(填“正”或“负”)，通入O₂的电极反应为。

5、氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。3月29日，长城汽车氢能战略全球发布会推出氢能技术，并计划今年推出全球首款C级氢燃料电池SUV。关于氢能，根据要求回答问题：

(1)I．制备氢气

制备氢气常采用以下方法：

①电解水法：2H₂O $\text{[math]}$ 2H₂↑+O₂↑

②水煤气法：C+H₂O（g） $\text{[math]}$ CO+H₂ ， CO+H₂O $\text{[math]}$ CO₂+H₂↑

③太阳能光催化分解水法：2H₂O $\text{[math]}$ 2H₂↑+O₂↑

三种方法中最节能的是（填标号）。

(2)已知拆开1 mol H -H、1 mol O=O和 1 mol H-О分别需要的能量依次为436kJ、498kJ和463kJ，则理论上每3.6 gH₂O（g）完全分解，需（填“放出”或“吸收"）能量kJ。下列能正确表示该过程的能量变化示意图的是（填标号）。

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(3)II．氢燃料电池

氢燃料电池具有清洁高效等优点，其简易装置如下图所示。

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该电池正极反应式为；反应过程中将能转化为能。

六、推断题（共1小题）

1、A、B、D、E、F、G为短周期元素，且原子序数依次增大。A、F同主族，E、G同主族。A与其他非金属元素化合时易形成共价键，F与其他非金属元素化合时易形成离子键，且 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 核外电子排布相同。由以上元素组成的物质 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 具有相同的电子数。回答下列问题：

(1)G在周期表中的位置为。

(2)由A、D、E三种元素形成的离子化合物的化学式是。

(3) $\text{[math]}$ 的电子式为，含有化学键(填“离子键”或“共价键”)。

(4)由A、F两种元素形成的一种离子化合物X，常温下与水迅速反应生成气体，该反应的化学方程式为。

(5)D的最简单气态氢化物可用于燃料电池，电池工作时生成无毒物质，工作原理如图所示。该燃料电池的电解质溶液最好选择碱性溶液，则负极电极反应式为。

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