微生物燃料电池(MFC)是燃料电池中特殊的一类,它利用微生物作为反应主体.将有机物的化学能转化为电能。以葡萄糖溶液作底物为例,其工作原理如图所示。已知石墨电极上
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微生物燃料电池(MFC)是燃料电池中特殊的一类,它利用微生物作为反应主体.将有机物的化学能转化为电能。以葡萄糖溶液作底物为例,其工作原理如图所示。
已知石墨电极上的反应为 C6H12O6+ 6H2O - 24e- ="====" 6CO2+ 24H+ (1)电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。电池工作时,质子移向电池的_ __极(填正或负),铂碳上所发生的电极反应式为:___________ _ _______ (2)葡萄糖的燃烧热为2800 kJ·mol-1 ,写出葡萄糖完全燃烧的热化学方程式:_____________________________________________________________________ (3)化学需氧量(COD)是重要的水质指标.其数值表示将1L水中的有机物氧化为CO2、H2O所需消耗的氧气的质量。科学家设想利用微生物燃料电池来处理某些污水,并进行发电,该设想已经在实验室中获得成功。但如果1 L废水中有机物(折算成葡萄糖)氧化提供的化学能低于5.6 kJ,就没有发电的必要。则下列污水中,不适合用微生物燃料电池发电的是__________________(填序号)
序号
| A
| B
| C
| D
| E
| 污水类型
| 生活污水
| 印染
| 电镀
| 造纸
| 硫酸工业废水
| COD值/mg·L-1
| 520
| 870
| 20
| 960
| 120
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答案
(1)正 (1分) O2+4e-+4H+=2H2O (3分) (2)C6H12O6(s) + 6 O2(g)=6CO2(g)+ 6H2O(l) ΔH=" -2800" kJ·mol-1(3分) (3) C E (3分) |
解析
试题分析:(1)原电池工作时,正离子移向正极,在正极发生还原反应,其电极反应式为 O2+4e-+4H+=2H2O (2)葡萄糖完全燃烧生成气态的二氧化碳和液态的水,其热化学方程式为: C6H12O6(s) + 6 O2(g)=6CO2(g)+ 6H2O(l) ΔH=" -2800" kJ·mol-1 (3)若要提供5.6 kJ的化学能,则需要5.6 kJ÷2800 kJ·mol-1=0.002mol的葡萄糖,即0.002×6=0.012mol的O2,质量为384mg,则污水的COD值至少为384mg·L-1,才有发电的必要。 点评:新型燃料电池是近年来高考的热点,考生应熟练掌握原电池的工作原理,利用知识的迁移,灵活作答。难度中等。 |
举一反三
下列关于原电池说法正确的是 ( )A.原电池是一种直接把化学能转化为电能的装置,在此转化过程中无能量损耗 | B.在Zn-Cu-H2SO4构成的原电池中,H+不断移向负极 | C.钢铁在潮湿的环境中易被腐蚀与原电池有关 | D.纯铁比生铁(含有少量杂质)与稀HCl反应快 |
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对于锌、铜和稀硫酸组成的原电池(如下图),下列有关说法正确的是
①Zn是负极 ②电子由Zn经外电路流向Cu ③Zn极的电极反应式是:Zn -2e-=Zn2+ ④Cu2+在溶液中由Cu棒向Zn棒迁移 |
将Zn棒和Cu棒用导线连接后,放入某电解质溶液中,构成如下图所示装置。试回答下列问题:
(1)若电解质溶液为稀硫酸,则Zn棒为原电池的 极,可观察到Cu棒的所产生现象是 ,写出该电极反应式: 。 (2)若电解质为硫酸铜溶液,则Cu棒上发生 反应,Zn棒上发生反应的电极反应式为: 。 |
银制器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是( )A.处理过程中银器一直保持恒重 | B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银 | C.该过程中总反应为2Al + 3Ag2S =" 6Ag" + Al2S3 | D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl |
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“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成 | B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 | C.正极反应为:NiCl2+2e-=Ni+2Cl- | D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 |
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