2019届高考化学难点剖析专题43燃料电池讲解

专题43 燃料电池
一、高考题再现
1．（2016课标Ⅲ）锌−空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH 溶液，反应为 2Zn+O 2+4OH –
+2H 2O===2Zn(OH)24-。

下列说法正确的是（ ） A ．充电时，电解质溶液中K +
向阳极移动
B ．充电时，电解质溶液中(OH )c -
逐渐减小
C ．放电时，负极反应为：Zn+4OH –-2e –===Zn(OH)24-
D ．放电时，电路中通过2 mol 电子，消耗氧气22.4 L （标准状况） 【答案】C
2．（2015江苏）一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。

下列有关该电池的说法正确的是（ ）
A ．反应CH 4＋H 2O =燃
=======通电 =======电解 ========催化剂
△
3H 2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子 B ．电极A 上H 2参与的电极反应为：H 2＋2OH －－2e －=2H 2O C ．电池工作时，CO 32－向电极B 移动
D ．电极B 上发生的电极反应为：O 2＋2CO 2＋4e －=2CO 32－ 【答案】D
【解析】A 、1molCH 4→CO ，化合价由-4价→+2上升6价，1molCH 4参加反应共转移6mol 电子，故错误；B 、环境不是碱性，否则不会产生CO 2，其电极反应式：CO ＋H 2＋2CO 32－
－4e －
=3CO 2＋H 2O ，故B 错误；C 、根据原电池工作原理，电极A 是负极，电极B 是正极，阴离子向负极移动，故C 错误；D 、根据电池原理，O 2、CO 2共同参加反应，其电极反应式：O 2＋2CO 2＋4e －
=2CO 32－
，故D 正确。

二、考点突破
1、固体电解质
典例1（2018届黑龙江省哈尔滨市第三中学高三第二次模拟考试）已知：2H2S(g)+O2(g) = S2(s)+2H2O(l) △H= -632 kJ•mol-1，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。

下列说法正确的是
A．电极a上发生的电极反应式为：H2S - 2e- = S+2H+
B．电池工作时，电流从电极b经过负载流向电极a
C．电路中每流过1 mol电子，电池内部释放158 kJ的热能
D．每11.2 LH2S参与反应，有1 mol H+经固体电解质膜进入正极区
【答案】B
2、电解质水溶液
典例2（2018届广西北海市高三第一次模拟考试）第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮。

汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时。

电池处于充电状态。

混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示) 为负极。

碱液(主要为KOH )为电解质溶液。

镍氢电池充放电原理如图所示，其总反应式为H2+2NiOOH2Ni (OH)2以下说法正确的是
A．混合动力车上坡或加速时，乙电极为负极
B．混合动力车在刹车或下坡时，乙电极的电极反应式为Ni(OH)2+OH--e-==NiOOH+H2O
C．混合动力车上坡或加速时，电解质溶液中的OH-向乙电极周围移动
D．混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH减小
【答案】B
典例3（2018届福建省南平市高三第一次综合质量检查）有人设想以N2和H2为反应物，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液，制造出新型燃料电池，装置如图所示。

下列说法正确的是
A．放电时H+向左移动，生成的物质X是NH4Cl
B．通入H2的一极为正极
C．通入N2的电极反应为：N2+6H+-6e-=2NH3
D．放电过程右边区域溶液pH逐渐增大
【答案】A
【解析】以N2、H2为原料，以溶有X的稀盐酸为电解质溶液构成新型燃料电池，正极发生还原反应，即氮气被还原生成NH4+，电极反应式为N2+6e-+8H+=2NH4+；负极是氢气失电子生成氢离子，电极方程式为H2-2e-=2H+，总反应为：N2+ 3H2+2HCl=2NH4Cl。

A. 放电时H+向正极移动，即向左移动，生成的物质X是NH4Cl，A正确；
B. 通入H2的一极为负极，B错误；
C. 通入N2的电极为正极，发生还原反应，N2+6e-+8H+=2NH4+，C错误；
D. 放电过程右边区域为负极区，H2-2e-=2H+，溶液pH逐渐减小，D错误。

典例4（2018届天津市六校（静海一中、杨村一中、宝坻一中等）高三上学期期末联考）我国科学家设计
了一种双室微生物燃料电池，以苯酚（C6H6O）为燃料，同时可除去酸性废水中的硝酸盐。

下列说法正确的是
A． a极的电极反应式为C6H6O+11H2O + 28e－＝6CO2↑+ 28H+
B．外电路电子移动方向由b极到a极
C．若正极产生5.6L气体（标况下），则转移电子2.5mol
D．电池工作一段时间后，左池溶液的pH增大
【答案】C
典例5（2018届山东省枣庄第八中学东校区高三3月月考）2017年9月亮相、2018年上市的奔驰燃料电池汽车GLCF-Cell，其电池采用的是质子交换膜燃料电池，工作原理如下图所示，则下列叙述正确的是
A． H2 作正极
B．正极反应式为O2+4OH-+4e-=2H2O
C．导电微粒在电池内部由负极定向移动至正极
D．总反应式为2H2+O22H2O
【答案】C
典例6（2018届重庆市綦江区高三年级第一学期期中考试）液体燃料电池相对于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。

一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。

该电池用空气中的氧气作为氧化剂，H2SO4作为电解质。

下列关于该燃料电池的叙述正确的是 ( )
A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极
B．该燃料电池正极发生的电极反应式为N2H4-4e-N2↑+4H+
C．利用该燃料电池工业上可以电解熔融MgCl2制备Mg
D．该燃料电池持续放电时，右侧电池区中因电极反应消耗H+，故c(H+)逐渐减小
【答案】C
【解析】A. 由题中信息可知，通入肼的电极为负极，通入氧气的电极为正极，所以电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极， A不正确；B. 该燃料电池负极发生氧化反应，电极反应式为N2H4-4e-N2↑+4H+，正极发生还原反应，B不正确；C. 利用该燃料电池工业上可以电解熔融MgCl2制备Mg，理论上是可行的，C 正确；D. 该燃料电池持续放电时，右侧电池区中电极反应消耗H+，同时有等量H+的从左侧经质子交换膜迁移到右侧，由于电极反应生成水，硫酸的浓度变小，所以 c(H+)逐渐减小，D不正确。

典例7（2018届贵州省黔东南州高三第一次模拟考试）二甲醚（CH3OCH3）燃料电池的工作原理如右图，有关叙述正确的是
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
B．电子移动方向为：a极→b极→质子交换膜→a极C． a电极的电极反应式为：CH3OCH3+3H2O=2CO2+12e-+12H+ D．当b电极消耗22.4LO2时，质子交換膜有4moIH+通过【答案】C。