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专题48化学电源——燃料电池
专题48化学电源——燃料电池
1.【2022年福建卷】一种化学“自充电”的锌-有机物电池,电解质为和水溶液。将电池暴露于空气中,某电极无需外接电源即能实现化学自充电,该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是
A.化学自充电时,增大
B.化学自充电时,电能转化为化学能
C.化学自充电时,锌电极反应式:
D.放电时,外电路通过电子,正极材料损耗
【答案】A
【解析】A.由图可知,化学自充电时,消耗O2,该反应为O2+2H2O+4e-=4OH-,增大,故A正确;B.化学自充电时,无需外接电源即能实现化学自充电,该过程不是电能转化为化学能,故B错误;C.由图可知,化学自充电时,锌电极作阴极,该电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,故C错误;D.放电时,1mol转化为,消耗2molK+,外电路通过电子时,正极物质增加0.02molK+,增加的质量为0.02mol×39g/mol=0.78g,故D错误;故选A。
2.【2022年全国乙卷】电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A.充电时,电池的总反应
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应
【答案】C
【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应(Li++e-=Li+)和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2),则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2,结合图示,充电时金属Li电极为阴极,光催化电极为阳极;则放电时金属Li电极为负极,光催化电极为正极;据此作答。A.光照时,光催化电极产生电子和空穴,驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电,结合阴极反应和阳极反应,充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2,A正确;B.充电时,光照光催化电极产生电子和空穴,阴极反应与电子有关,阳极反应与空穴有关,故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,B正确;C.放电时,金属Li电极为负极,光催化电极为正极,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C错误;D.放电时总反应为2Li+O2=Li2O2,正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2,D正确;答案选C。
3.(2021·山东真题)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池,下列说法正确的是
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.放电过程中,KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1molO2时,理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L
【答案】C
【解析】碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O;N2H4-O2清洁燃料电池总反应为:N2H4+O2=N2+2H2O;偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为-2价,H元素化合价为+1价,所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为:(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O,据此结合原电池的工作原理分析解答。A.放电过程为原电池工作原理,所以钾离子均向正极移动,A错误;B.根据上述分析可知,N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池根据总反应可知,KOH的物质的量减小,B错误;C.理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关,设消耗燃料的质量均为mg,则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是:、、,通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大,C正确;D.根据转移电子数守恒和总反应式可知,消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol,在标准状况下为22.4L,D错误;故选C。
4.(2020·全国高考真题)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示,其中在VB2电极发生反应:该电池工作时,下列说法错误的是
A.负载通过0.04mol电子时,有0.224L(标准状况)O2参与反应
B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C.电池总反应为
D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
【答案】B
【解析】根据图示的电池结构,左侧VB2发生失电子的反应生成和,反应的电极方程式如题干所示,右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH-,反应的电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-,电池的总反应方
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