高中化学复习知识点：烃燃料电池
一、单选题
1．科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如图所示，用Cu—Si合金作硅源，在950℃下利用三层液熔盐进行电解精炼，并利用某CH4燃料电池(如图所示)作为电源。下列有关说法不正确的是（ ）
A．左侧电解槽中：Si优先于Cu被氧化 B．电极c与b相连，d与a相连
C．a极的电极反应为CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O
D．相同时间下，通入CH4、O2的体积不同，会影响硅的提纯速率
2．第十一届全国少数民族传统体育运动会2019年9月8-16日在郑州举行，运动会上火炬传递使用的燃料是丙烷(C3H8)。已知丙烷在298K，101kPa条件下的燃烧热为2220kJ·mol-1。下列有关丙烷的说法正确的是（ ）
A．在298K、101kPa条件下，表示丙烷燃烧热的热化学方程式为：C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(g) △H=-2220kJ·mol-1
B．已知CH3CH=CH2(丙烯)和H2的燃烧热分别为2049kJ·mol-1和285.8kJ·mol-1，则相同条件下，反应C3H8(g)→CH3CH=CH2(g)+H2(g)的△H=+114.8kJ·mol-1
C．以丙烷和空气为原料、稀硫酸为电解质溶液，能形成燃料电池，则通入空气的电极发生的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-
D．丙烷气体用作便携式固体氧化物燃料电池的燃料时，电路中每通过5mol电子，有5.6L丙烷被氧化
3．燃料电池是燃料(如氢气、甲烷、一氧化碳等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，电解质溶液是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( ) A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－
4OH－ CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液中氢氧根离子的浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
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4．有一种新型燃料电池，工作时在一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2。现用该燃料电池和惰性电极电解Na2SO4溶液一段时间，假设电解时温度不变，下列说法不正确的是（ ） A．在熔融电解质中，O2-由正极移向负极
B．通入空气的一极是正极，电极反应式为O2+4e-=2O2- C．电解池的阳极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑
D．电解一共生成0.9mol气体时，理论上消耗0.1mol丁烷
5．有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3－Na2O，O2可以在其中自由移动。
－
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下列有关叙述正确的是( )
A．瓦斯分析仪工作时，电池外电路中电流由电极b流向电极a B．电极b是正极，O2－由电极a流向电极b
C．电极a的反应式为CH4＋5O2－－8e－=CO32—＋2H2O D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，电子转移4 mol
6．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列有关该燃料电池的说法正确的是（ ）
A．在熔融电解质中，O2-移向正极
B．电池总反应式：2C4H10＋13O2=8CO2＋10H2O C．通入空气的一极是负极，电极反应式为O2＋4e-=2O2-
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应式为C4H10＋26e-＋13O2-=4CO2＋5H2O 7．瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪（图甲）的传感器在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时可以显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，
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O2可以在其中自由移动。其中的固体电解质是Y2O3—Na2O，下列有关叙述不正确的是 A．电极b是正极，内电路中O2－由电极b流向电极a B．电极a的反应式为：CH4 +4O2－－8e－＝CO2 +2H2O
C．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a D．当固体电解质中有1 mol O2－ 通过时，电子转移2 mol
8．燃料电池是利用燃料（如H2、CO、CH4等）跟氧气或空气反应，将化学能转化成电能的装置，电解质溶液是强碱。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是（ ） A．负极反应为：O2+2H2O+4e=4OH-
B．负极反应为：CH4+10OH- - 8e—=CO32-+7H2O C．放电时溶液中的阴离子向正极移动 D．随放电的进行，溶液的pH值不变
9．高锰酸钾在化工医药、水处理等很多方面有重要应用，可以用电解法制备，装置如图所示。直流电源采用乙烷一空气的碱性燃料电池。下列说法正确的是
－
(已知电流效率η=
生成目标产物转移电子数×100%)
转移电子总数A．电源负极的电极反应式为C2H6- 14e- +6H2O=2CO32-+ 18H+ B．该离子交换膜为阴离子交换膜 C．a极为直流电源的负极
D．若消耗0. 02 mol O2，产生0.055 mol KMnO4，则η=68.75%
10．一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6 ＋7O2＋8KOH=4K2CO3＋10H2O，下列说法正确的是
A．负极反应为14H2O＋7O2＋28e－=28OH－ B．放电一段时间后，负极周围的pH升高
C．每消耗1 mol C2H6 ，则电路上转移的电子为14 mol D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
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二、综合题
11．中科院一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，其反应如下：2CH4(g)?C2H4(g)＋2H2(g) ΔH＞0 化学键 E(kJ/mol)
（1）已知相关化学键的键能如上表，甲烷制备乙烯反应的ΔH＝____________ (用含a、b、c、d的代数式表示)。
H—H a C—H b C＝C c C—C d
（2）T1温度时，向1 L的恒容反应器中充入2mol CH4 ，仅发生上述反应，反应过程中 0～15min CH4的物质的量随时间变化如图1，测得10～15min时H2的浓度为1.6mol/L。 ①0～10min内CH4表示的反应速率为__________mol/(L·min)。
②若图1中曲线a、曲线b分别表示在温度T1时，使用质量相同但表面积不同的催化剂时，达到平衡过程中n(CH4)变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是 ________ (填“a”或 “b”)。
③15min时，若改变外界反应条件，导致n(CH4)发生图1中所示变化，则改变的条件可能是_____________________________________(任答一条即可)。
（3）实验测得v正＝k正c2(CH4)，v逆＝k逆c(C2H4)·c2(H2)其中k正、k逆为速率常数仅与温度有关，T1温度时k正与k逆的比值为______ (填数值)。若将温度由T1升高到T2，则反应速率增大的倍数v正____v逆(填“>”“＝”或“<”)，判断的理由是_________________ 。
（4）科研人员设计了甲烷燃料电池并用于电解。如图2所示，电解质是掺杂了 Y2O3与 ZrO2的固体，可在高温下传导O2－。
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①C极的Pt为______ 极(填“阳”或“阴” )。
②该电池工作时负极反应方程式为_____________________。
③用该电池电解饱和食盐水，一段时间后收集到标况下气体总体积为112mL，则阴极区所得溶液在25℃时pH＝_______ (假设电解前后NaCl溶液的体积均为500mL)。 12．天然气的主要成分甲烷燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式如下，请回答下列问题：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣889.6kJ/mol． （1）反应物能量总和_____（填“大于”、“小于”或“等于”）生成物能量总和． （2）若1mol甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气，则放出的热量_____889.6kJ．（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）已知氢气燃烧生成液态水的热化学方程式是：
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=﹣572kJ/mol，则相同质量的甲烷和氢气，完全燃烧生成液态水，放热较多的是_____．
（4）被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点．
①已知甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2KOH═K2CO3+3H2O，通入甲烷的这个电极是_____（填“正极”或“负极”），其另外一电极上的电极反应式为：__________________．
②通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率_____（填“大于”、“小于”或“等于”）甲烷燃烧的能量利用率．
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高中化学复习知识点：烃燃料电池
