微題型60燃料電池——有機物、微生物、熔融鹽1．某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2CO3、K2CO3為電解質，一極通入甲烷，另一極通入O2和CO2的混合氣體，該電池工作原理如圖。下列說法正確的是()A．電池工作時，COeq\o\al(2－,3)向通入b的一極遷移B．通入a的一極為原電池的負極，發生還原反應C．正極上的電極反應式為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)D．理論上每消耗22.4LCH4時，外電路流過的電子數目為8NA答案C解析電池工作時，電子從負極流出，陰離子向負極移動，由圖知a為負極，發生氧化反應，COeq\o\al(2－,3)向通入a的一極遷移，A、B項錯誤；正極上氧氣得到電子發生還原反應，電極反應式為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)，C項正確；未指明標準狀況，無法計算甲烷的物質的量、外電路流過的電子數目，D項錯誤。2．一種應用比較廣泛的乙醇燃料電池，電解液是酸性溶液，其工作原理如圖所示，下列說法正確的是()A．M極為負極，發生還原反應B．N極電極反應為O2＋4H＋－4e－=2H2OC．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH減小D．若有1molCO2生成，則有6molH＋從甲池通過交換膜進入乙池答案D解析根據外電路中電子的轉移方向可知，M極失去電子，為負極，發生氧化反應，N極得＋，反應生成H＋，則甲池溶液pH減小，氧氣在N極得電子結合H＋轉變為水，電極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，反應消耗H＋，則乙池溶液pH增大，B、C錯誤；若有1molCO2生成，由電極反應式可知，電路中轉移6mol電子，電解質溶液中陽離子從負極移向正極，即有6molH＋從甲池透過交換膜進入乙池，D正確。3．以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結構示意圖如圖所示。下列關于該電池的敘述正確的是()A．該電池能夠在高溫下工作B．通入葡萄糖的一極為原電池負極，發生氧化反應C．放電過程中，陽離子從正極區向負極區遷移D．在電池反應中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成CO2氣體eq\f(22.4,6)L答案B解析高溫條件下微生物會失去活性，故該電池不能在高溫下工作，A項錯誤；負極是葡萄糖失電子生成二氧化碳，發生氧化反應，B項正確；原電池內部陽離子應向正極移動，C項錯誤；消耗1mol氧氣生成1mol二氧化碳，標準狀況下體積是22.4L，D項錯誤。4．利用假單胞菌分解有機物的電化學原理如圖所示。下列說法正確的是()A．該過程將電能轉化為化學能B．電流方向：b電極→用電器→a電極C．負極的電極反應式為X＋2e－=Y＋2H＋D．當外電路通過4NA個電子時，消耗氧氣的體積為22.4L答案B解析由圖可知，b極氧氣得電子發生還原反應，作正極，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，則a極為負極，失電子發生氧化反應，電極反應式為X－2e－=Y＋2H＋，C錯誤；該裝置為原電池，是將化學能轉化為電能的裝置，A錯誤；該裝置中a電極為負極，b電極為正極，所以電流流向：b電極→用電器→a電極，B正確；由于題干中未告知O2所處的狀態，故無法計算消耗氧氣的體積，D錯誤。5．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。下列有關說法錯誤的是()A．介體BV2＋/BV＋在電極與酶之間傳遞電子B．電池工作時，H＋由負極區向正極區定向移動C．正極區固氮酶催化發生的反應：N2＋6BV＋＋6H＋=2NH3＋6BV2＋D．固氮酶電池實現了溫和條件下人工合成氨答案C解析電子介體是一種具有氧化還原功能的小分子物質，從原理圖分析二者相互轉化，實現酶和電極之間電子轉移，A項正確；質子由左側負極區定向移動到右側正極區，B項正確；從原理圖分析，右側正極區電極反應：BV2＋＋e－=BV＋，C項錯誤。6．HCOOH燃料電池的裝置如圖所示，M、N表示電極，兩電極區間用允許K＋、H＋通過的半透膜隔開。下列說法正確的是()A．M電極反應式為HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2OB．在電池工作時，每生成1molHCOeq\o\al(－,3)，將會有1molK＋通過半透膜移向右側C．圖中所示需要補充的A物質為KOHD．電子的流動方向為N→用電器→M答案A解析HCOOH燃料電池是原電池裝置，原電池工作時，負極發生失電子的氧化反應，根據圖示，M電極為負極，HCOO－被氧化為HCOeq\o\al(－,3)，電極反應式為HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2O，A正確；根據圖示，加入A發生的離子反應為4Fe2＋＋4H＋＋O2=4Fe3＋＋2H2O，消耗H＋，K2SO4從裝置中流出，故放電過程中加入的物質A為H2SO4，C錯誤；根據溶液呈電中性知，在電池工作時，每生成1molHCOeq\o\al(－,3)，將會有2molK＋通過半透膜移向右側，B錯誤；原電池中電子從負極經導線流向正極，故電子的流動方向為M→用電器→N，D錯誤。7．熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO陰極、多孔陶瓷電解質(熔融堿金屬碳酸鹽)隔膜、多孔金屬Ni陽極、金屬極板構成的燃料電池。工作時，該電池的陰極(正極)反應為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)，下列有關說法錯誤的是()A．該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應速率B．該類電池的H2不能用CO、CH4等替代C．該電池工作時，要避免H2、O2的接觸D．放電時，陽極(負極)反應式為2H2＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=2CO2＋2H2O答案B解析升高溫度能加快反應速率，該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應速率，故A正確；還原性物質在負極發生氧化反應，該類電池的H2可以用CO、CH4等替代，故B錯誤；H2、O2混合物在一定條件下可能發生爆炸，該電池工作時，要避免H2、O2的接觸，故C正確；放電時，氫氣失電子發生氧化反應，陽極(負極)反應式為2H2＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=2CO2＋2H2O，故D正確。8．某研究團隊發現，利用微生物電化學系統可處理含氮廢水。如圖是一種新型的浸沒式雙極室脫鹽—反硝化電池，中間由質子交換膜隔開，陽極室中的NOx通過泵循環至陰極室。下列說法錯誤的是()A．電極電勢：陰極室高于陽極室B．負極的電極反應式：CH2O－4e－＋H2O=CO2＋4H＋C．當處理lmolNOeq\o\al(－,3)時，有5molH＋經過質子交換膜，移向陰極室D．該裝置需在適宜的溫度下進行，溫度不宜過高答案B解析原電池中電極電勢：正極高于負極，則右側陰極室(正極)高于左側陽極室(負極)，A正確；負極電極反應式為(CH2O)n－4ne－＋nH2O=nCO2↑＋4nH＋，B錯誤；正極電極反應式為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O，可知當處理1molNOeq\o\al(－,3)時，有5molH＋經過質子交換膜，移向陰極室，C正確；本電池是利用微生物電化學系統，溫度過高，微生物會失去生理活性，因此需要控制溫度，D正確。9．微生物燃料電池是指在微生物作用下將有機物的化學能轉化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示(微生物需在適宜的溫度下才具有活性)。下列說法正確的是()A．b為負極B．每轉移1mol電子，消耗2.8L(標準狀況)O2C．該電池在極高溫下仍可使用D．HS－在硫氧化菌作用下轉化為SOeq\o\al(2－,4)的反應為HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋答案D解析b通入空氣，空氣中的氧氣得電子發生還原反應，b為正極，故A錯誤；氧元素化合價由0降低為－2，每轉移1mol電子，消耗0.25mol氧氣，故B錯誤；微生物需在適宜的溫度下才具有活性，該電池在極高溫下不能使用，故C錯誤；HS－在硫氧化菌作用下失電子轉化為SOeq\o\al(2－,4)，反應式為HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋，故D正確。10．一種新型微生物燃料電池可用于污水凈化、海水淡化，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A．a極為電池的正極B．海水淡化的原理是電池工作時，Cl－移向右室C．處理NOeq\o\al(－,3)的電極反應為2NOeq\o\al(－,3)＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－D．若用C6H12O6表示有機廢水中的有機物，則每消耗1molC6H12O6轉移6mol電子答案C解析b極，NOeq\o\al(－,3)轉化為N2，N的化合價降低，發生還原反應，所以b極為正極，a極為負極，A項錯誤；電池工作時，Cl－(陰離子)移向負極，即左室，Na＋(陽離子)移向正極，即右室，B項錯誤；每生成1molN2消耗2molNOeq\o\al(－,3)，轉移10mol電子，根據得失電子守恒、電荷守恒、元素守恒可得處理NOeq\o\al(－,3)的電極反應為2NOeq\o\al(－,3)＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－，C項正確；每消耗1molC6H12O6生成6molCO2，轉移24mol電子，D項錯誤。11．研究發現，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續大電流放電，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A．離子交換膜X為質子交換膜，質子從石墨電極移向Pt電極B．C2H5OH在Pt電極發生還原反應C．正極區反應為4NOeq\o\al(－,3)＋12e－＋16H＋=4NO＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3D．若Pt電極生成2.24LCO2，電路中轉移電子數為0.6NA答案C解析根據原電池原理，Pt電極為負極，發生氧化反應，電極反應為C2H5OH－12e－＋3H2O=2CO2↑＋12H＋，負極區生成的H＋將遷移到正極區參與反應，所以離子交換膜X為質子交換膜，質子從Pt電極移向石墨電極，故A、B項錯誤；石墨電極為正極，正極區反應為4NOeq\o\al(－,3)＋12e－＋16H＋=4NO＋8H2O,4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，故C項正確；沒有告知處于何種狀態下，無法通過氣體體積來計算轉移的電子數，故D項錯誤。12．某科研小組用堿性甲烷燃料電池制備Coeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2PO2))2，其工作原理如圖所示(已知電解裝置的電極材料分別為金屬鈷和不銹鋼)：下列有關說法錯誤的是()A．N電極為不銹鋼B．電極n處電極反應式為CH4－8e－＋8OH－=CO2＋6H2OC．電解一段時間后，N極區溶液pH增大D．膜a、膜c均為陽離子交換膜答案B解析根據圖示，M電極所在為陽極室，M電極為陽極，該裝置用于制備Co(H2PO2)2，則M電極為金屬Co，電極反應為Co－2e－=Co2＋，N電極為不銹鋼，A正確；n電極為堿性甲烷燃料電池的負極，n電極通入CH4，電極反應式為CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O，B錯誤；N電極為陰極，電極反應為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，電解一段時間后，N極區堿性增強，溶液的pH增大，C正確；陽極室中的Co2＋通過膜a進入產品室，膜a為陽離子交換膜，原料室中的H2POeq\o\al(－,2)通過膜b進入產品室，膜b為陰離子交換膜，原料室中的Na＋通過膜c進入陰極室，膜c為陽離子交換膜，D正確。13．電浮選凝聚法是工業上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用。陰極產生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去(或撇掉)浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。某科研小組用電浮選凝聚法處理污水，設計裝置如圖所示：(1)實驗時若污水中離子濃度較小，導電能力較差，產生氣泡速率緩慢，無法使懸浮物形成浮渣。此時，應向污水中加入適量的________________(填字母)。a．H2SO4 b．BaSO4c．Na2SO4 d．NaOHe．CH3CH2OH(2)電解池陽極的電極反應分別是①_______________________________________________；②____________________________________________________________________________。(3)電極反應①和②的生成物反應得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是____________________。(4)熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質，以CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。已知負極的電極反應式為CH4＋4COeq\o\al(2－,3)－8e－=5CO2＋2H2O。①正極的電極反應是___________________________________________________________。②為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定。為此電池工作時必須有部分A物質參加循環。則A物質的化學式是____________________________________________________________________________________________________________________。(5)實驗過程中，若在陰極產生了44.8L(標準狀況)氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH4(標準狀況)________L。答案(1)c(2)Fe－2e－=Fe2＋4OH－－4e－=O2↑＋2H2O(3)4Fe2＋＋10H2O＋O2=4Fe(OH)3↓＋8H＋(4)①O2＋