高二化學(xué) 選擇性必修1 第3課時(shí) 化學(xué)電源 燃料電池 作業(yè)設(shè)計(jì)

1、試卷第 =page 3 3頁(yè)，共 =sectionpages 4 4頁(yè)試卷第 =page 4 4頁(yè)，共 =sectionpages 4 4頁(yè)第四章 第一節(jié) 第三課時(shí)化學(xué)電源 燃料電池習(xí)題一、單選題1氫氧燃料電池是技術(shù)上比較成熟，并得到多方面應(yīng)用的燃料電池，其理論比能量達(dá) 3600瓦時(shí)/千克，單體電池的工作電壓為0.8-0.97伏。下列說(shuō)法正確的是A電解水制取氫氣是理想而經(jīng)濟(jì)的制氫方法B發(fā)展氫氧燃料電池汽車不需要安全高效的儲(chǔ)氫技術(shù)C氫氧燃料電池汽車的使用可以有效減少城市空氣污染D氫氧燃料電池把氫氣和氧氣燃燒放出的熱能轉(zhuǎn)化為電能2下列發(fā)電廠(站)的電能由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化而成的是ABCD燃料電池發(fā)電站

2、地?zé)岚l(fā)電廠風(fēng)力發(fā)電廠水力發(fā)電站AABBCCDD3如圖為氫氧燃料電池構(gòu)造示意圖，下列有關(guān)描述正確的是AH+向負(fù)極移動(dòng)BO2在負(fù)極上反應(yīng)C反應(yīng)最終產(chǎn)物是H2OD電子由正極通過(guò)導(dǎo)線流向負(fù)極4氫氧燃料電池已用于航天飛機(jī)。以30%KOH溶液為電解質(zhì)的這種電池在使用時(shí)的電極反應(yīng)如下：2H24OH-4e-=4H2O、O22H2O4e-=4OH-，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A氫氣通入正極，氧氣通入負(fù)極B燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率不能達(dá)到100%C供電時(shí)的總反應(yīng)為：2H2O2= 2H2OD產(chǎn)物為無(wú)污染的水，屬于環(huán)境友好電池5阿波羅飛船中使用的燃料電池部分結(jié)構(gòu)的示意圖如下，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A氫氧燃料電池具有單位質(zhì)量輸出電能高、產(chǎn)

3、物水可作為航天員的飲用水、氧氣可作為備用氧源供航天員呼吸等優(yōu)點(diǎn)BH2SO4溶液導(dǎo)電性好，是早期研究時(shí)使用的電解質(zhì)，因H2SO4腐蝕性強(qiáng)逐漸被KOH溶液替代C使用多孔碳載鎳電極，使氣體與溶液能充分接觸反應(yīng)D氫氧燃料電池連續(xù)工作時(shí)，其內(nèi)部的電解質(zhì)濃度和成分均不會(huì)發(fā)生變化6直接碳燃料電池(DCFC)是一種以固體碳(煤、石墨、活性炭等)為原料的燃料電池，是一種具有現(xiàn)實(shí)意義的節(jié)能減排新技術(shù)，如圖是一種DCFC的結(jié)構(gòu)示意圖。下列有關(guān)法不正確的是A負(fù)極的電極反應(yīng)為：C4e+2CO=3CO2B若電子由電極a沿導(dǎo)線經(jīng)負(fù)載流向電極b，則入口A加入的物質(zhì)為固體碳CDCFC與煤直接燃燒發(fā)電能量的利用率相同D放電過(guò)程中

4、放出標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO211.2L時(shí)轉(zhuǎn)移2mol電子7燃料電池是目前電池研究的熱點(diǎn)之一、現(xiàn)有某課外小組自制的氫氧燃料電池，如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是Aa極是負(fù)極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2+O2=2H2OC氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源Db電極反應(yīng)式為O2+4H+4e-=2H2O8酶生物燃料電池是指直接或間接利用生物酶作為催化劑的一類特殊燃料電池。如圖是固氮酶電池的工作原理圖。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是A介體BV2+/BV+在電極與酶之間傳遞電子B電池工作時(shí)，H+由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)定向移動(dòng)C陽(yáng)極區(qū)固氮酶催化發(fā)生的反應(yīng)：N2+6BV+6H+=2NH3+6

5、BV2+D固氮酶電池實(shí)現(xiàn)了溫和條件下人工合成氨9微生物燃料電池可用于凈化含鉻廢水，其工作原理示意如圖所示。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是（ ）AM極是電池的負(fù)極 BCH3OH在電極上發(fā)生氧化反應(yīng)CN電極附近溶液的pH增大D若0.1molCr2O72-參加反應(yīng)，則有0.8molH+從交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移二、填空題10I.選擇適宜的材料和試劑設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，以便完成下列反應(yīng)：Cu2AgNO3=2AgCu(NO3)2(1)請(qǐng)指出正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液(寫(xiě)化學(xué)式)正極：_，負(fù)極：_，電解質(zhì)溶液：_。(2)寫(xiě)出電極反應(yīng)式：正極：_負(fù)極：_。(3)溶液中Ag向_極移動(dòng)，電子從_極流向_極。(填“

6、正”或“負(fù)”)II.某種甲烷然料電池的工作原理如下圖所示：(4)該裝置的負(fù)極是電極_(填“A”或“B”)；c處通入的物質(zhì)是_(填“CH4”或“O2”)。(5)甲烷燃料電池供電時(shí)的總反應(yīng)方程式為_(kāi)，正極電極方程式：_。(6)當(dāng)該裝置轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為0.4mol時(shí)，消耗CH4標(biāo)準(zhǔn)狀況下_L。第10題圖 第11題圖11氮的化合物是重要的工業(yè)原料，也是主要的大氣污染來(lái)源，研究氮的化合物的反應(yīng)具有重要意義。如圖所示是一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料，氧氣為氧化劑，某固體氧化物為電解質(zhì)的新型燃料電池。該固體氧化物電解質(zhì)的工作溫度高達(dá)700900時(shí)，O2可在該固體氧化物電解質(zhì)中自由移動(dòng)，反應(yīng)生成物均為無(wú)毒無(wú)害

7、的物質(zhì)。N2H4的電子式為 ，該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為 。答案第 = page 5 5頁(yè)，共 = sectionpages 5 5頁(yè)答案第 = page 4 4頁(yè)，共 = sectionpages 5 5頁(yè)參考答案1C【詳解】A電解水會(huì)消耗大量的電能，故不經(jīng)濟(jì)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B氫氣密度小，發(fā)展氫氧燃料電池汽車需要安全高效的儲(chǔ)氫技術(shù)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C氫氣的燃燒產(chǎn)物是水，氫燃料電池汽車的使用可以有效減少城市空氣污染，C項(xiàng)正確；D氫氧燃料電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選C。2A【詳解】A燃料電池發(fā)電站是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故A符合題意；B地?zé)岚l(fā)電廠是地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為電能，故B不符合題意；C風(fēng)力發(fā)電廠是

8、風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，故C不符合題意；D水力發(fā)電站是水能轉(zhuǎn)化為電能，故D不符合題意。綜上所述，答案為A。3C【詳解】A氫氧燃料電池屬于原電池，原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B燃料電池中氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；C氫氧燃料電池總反應(yīng)為2H2+O2=2H2O，最終產(chǎn)物是H2O，故C正確；D據(jù)圖可知電子由負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線流向正極，故D錯(cuò)誤；綜上所述答案為C。4A【詳解】A氫氣化合價(jià)升高，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，故氫氣通入負(fù)極，氧氣化合價(jià)降低，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，故氧氣通入正極，A錯(cuò)誤；B燃料電池有能量以熱量的形式損失，因此燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率不能達(dá)到100%，B正確；C將氫氧燃料電池電

9、極反應(yīng)相疊加可得總反應(yīng)為2H2O2= 2H2O，C正確；D氫氧燃料電池總反應(yīng)為2H2O2= 2H2O，產(chǎn)物為無(wú)污染的水，屬于環(huán)境友好電池，D正確；答案選A。5D【詳解】A該氫氧燃料電池，原理是氫氣和氧氣反應(yīng)生成水，故具有單位質(zhì)量輸出電能高、產(chǎn)物水可作為航天員的飲用水、氧氣可作為備用氧源供航天員呼吸等優(yōu)點(diǎn)，A項(xiàng)正確；B飛船中存在很多金屬，而H2SO4腐蝕性強(qiáng)，故逐漸被KOH溶液替代，B項(xiàng)正確；C使用多孔碳載鎳電極，使氣體與溶液能充分接觸反應(yīng)，加快反應(yīng)，C項(xiàng)正確；D氫氧燃料電池連續(xù)工作時(shí)產(chǎn)生水，其內(nèi)部的電解質(zhì)濃度會(huì)發(fā)生變化，D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選D。6C【詳解】A直接碳燃料電池(DCFC)是一種以固體碳

10、(煤、石墨、活性炭等)為原料的燃料電池，碳為還原劑，在負(fù)極反應(yīng)，因此負(fù)極的電極反應(yīng)為：C4e+2CO=3CO2，故A正確；B若電子由電極a沿導(dǎo)線經(jīng)負(fù)載流向電極b，電極a為負(fù)極，根據(jù)A分析得到入口A加入的物質(zhì)為固體碳，故B正確；CDCFC與煤直接燃燒發(fā)電能量的利用率不相同，DCFC是化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，煤直接燃燒發(fā)電，有一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為了熱能，其能量利用率比DCFC能量利用率低，故C錯(cuò)誤；D負(fù)極的電極反應(yīng)為：C4e+2CO=3CO2，正極電極反應(yīng)式為O2+4e+2CO2=2CO，放電過(guò)程中放出1mol CO2轉(zhuǎn)移4mol電子，因此標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO211.2L即物質(zhì)的量0.5mol時(shí)，轉(zhuǎn)移2mo

11、l電子，故D正確。綜上所述，答案為C。7D【詳解】A氫氧燃料電池工作時(shí)，通入氫氣的一極（a極）為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A正確；B氫氧燃料電池的電池總反應(yīng)方程式與氫氣在氧氣中燃燒的化學(xué)方程式一致，都是2H2+O2=2H2O，故B正確；C氫氧燃料電池總反應(yīng)方程式為2H2+O2=2H2O，電池工作時(shí)生成水，無(wú)污染，是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源，故C正確；D通入氧氣的一極（b極）為電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)為：O2+4e-+2H2O=4OH-，故D錯(cuò)誤；故選：D。8C【分析】由題意可知這是一個(gè)燃料電池的裝置，中間是質(zhì)子交換膜，質(zhì)子由負(fù)極區(qū)移動(dòng)到正極區(qū)，從裝置圖中可知，右側(cè)BV2+轉(zhuǎn)化為

12、BV+，得電子，故右側(cè)為正極區(qū)，左側(cè)為負(fù)極區(qū)。工業(yè)合成氨的條件是高溫高壓催化劑，條件苛刻。【詳解】A電子介體是一種具有氧化還原功能的小分子物質(zhì)，從原理圖分析二者相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)酶和電極之間電子轉(zhuǎn)移，A項(xiàng)正確；B質(zhì)子由左側(cè)負(fù)極區(qū)定向移動(dòng)到右側(cè)正極區(qū)，B項(xiàng)正確；C從原理圖分析，右側(cè)電極反應(yīng)：BV2+ +e-= BV+，故右側(cè)為正極區(qū)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D酶在常溫條件下催化合成氨氣，不需要高溫高壓等條件，D項(xiàng)正確。答案選C。9D【分析】由題目可知，M極中甲醇轉(zhuǎn)化為二氧化碳和H+，甲醇碳元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，做負(fù)極；N極Cr2O72-與H+結(jié)合轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，做正極?！驹?/p>

13、解】A. M極是電池的負(fù)極，正確；B. M極是電池的負(fù)極，CH3OH在電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，B正確；C. 燃料電池中，電子從M極移動(dòng)到N極，陽(yáng)離子移動(dòng)方向與電子相同，即N電極附近溶液c(H+)增大，但是H+在N極與氧氣反應(yīng)不斷被消耗，pH增大，C正確；D. N極反應(yīng)為Cr2O72-+8H+6e-= 2Cr(OH)3+H2O，但同時(shí)也有一定量的氧氣參與反應(yīng)，若0.1mol Cr2O72-參加反應(yīng)，實(shí)際需要大于0.8molH+從交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移，D錯(cuò)誤。答案為D?！军c(diǎn)睛】注意題目隱含條件，反應(yīng)為燃料電池，說(shuō)明一定有氧氣參與，在正極發(fā)生反應(yīng)。做題時(shí)不能只計(jì)算所給離子，而要考慮氧氣的消耗。10Ag或

14、石墨 Cu AgNO3 Ag+e-=Ag Cu-2e-=Cu2+ 正 負(fù) 正 B CH4 CH4+2O2=CO2+2H2O O2+4H+4e-=2H2O 1.12 【分析】【詳解】(1)分析反應(yīng)方程式Cu2AgNO3=2AgCu(NO3)2可知，Cu的化合價(jià)升高，被氧化，故做負(fù)極，則正極材料需比銅更不活潑的金屬電極或者惰性電極，電解質(zhì)溶液為AgNO3溶液，故答案為：Ag或石墨；Cu；AgNO3；(2)根據(jù)原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)可知，電極反應(yīng)式：正極：Ag+e-=Ag；負(fù)極：Cu-2e-=Cu2+，故答案為：Ag+e-=Ag；Cu-2e-=Cu2+；(3)原電池電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，故溶液中Ag向正極移動(dòng)，電子從負(fù)極流向正極，故答案為：正；負(fù)；正；(4)根據(jù)圖示可知，電子由電極B移向電極A，故該裝置的負(fù)極是電極B，燃料電池中通入燃料的一極是負(fù)極，通入氧氣等氧化劑的是正極，故c處通入的物質(zhì)是CH4，故答案為：B；CH4；(5)根據(jù)燃料電池反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)結(jié)合電解質(zhì)溶液為稀硫酸，故甲烷燃料電池供電時(shí)的總反應(yīng)方程式為CH4+2O2=CO2+2H2O，正極電極方程式為：O2+4H+4e-=2H2O，故答案為：C