2022-2023学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 化学反应中能量及物质的转化利用（含解析）

微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用
1.培根型碱性氢氧燃料电池的总反应为，电解液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使生成的蒸发。下列叙述正确的是( )
A.该电池工作时能发出蓝色火焰
B.通入的一极为正极，通入的一极为负极
C.该电池工作时，电子由通入的一极经电解质溶液到通入的一极
D.负极的电极反应式为
2.碱性氢氧燃料电池用于载人航天器时，其电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式分别为负极：、正极：。当得到1.8L饮用水时电池内转移的电子的物质的量约为( )
A.1.8mol B.3.6mol C.100mol D.200mol
3.某科学家利用二氧化铈在太阳能作用下将转变成和。其过程如下：
下列说法错误的是( )
A.该过程中没有消耗
B.该过程实现了太阳能向化学能的转化
C.该过程产生的可发生如图所示变化，则
D.该过程产生的CO可以和在碱性条件下形成燃料电池，且电池负极的电极反应式为
4.如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是( )
A.二氧化硅是太阳能电池的光电转换材料
B.装置X能实现氢气和氧气再生
C.若装置Y中电解质溶液呈碱性，则正极的电极反应式为
D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
5.阿波罗飞船中使用的燃料电池部分结构的示意图如下，下列说法错误的是( )
A.氢氧燃料电池具有单位质量输出电能高、产物水可作为航天员的饮用水、氧气可作为备用氧源供航天员呼吸等优点
B.溶液导电性好，是早期研究时使用的电解质，因腐蚀性强逐渐被KOH溶液替代
C.使用多孔碳载镍电极，使气体与溶液能充分接触反应
D.氢氧燃料电池连续工作时，其内部的电解质浓度和成分均不会发生变化
6.航天飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCFC型燃料电池。该燃料电池可同时供应电和水蒸气，其所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该燃料电池的总反应为，负极反应为，则下列推断正确的是(　　)
A. 电池工作时，碳酸根离子向负极移动
B. 电池放电时，电子经外电路由通氧气的正极流向通氢气的负极
C. 正极的电极反应为
D. 通氧气的电极为正极，发生氧化反应
7.“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给天宫一号，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。下图为镍氢电池构造示意图（氢化物电极为储氢金属，可看做直接参加反应）。下列说法正确的是( )
A．充电时阴极区电解质溶液pH降低
B．充电时阳极反应为
C．放电时NiOOH在电极上发生氧化反应
D．在使用过程中此电池要不断补充水
8.美国一个海军航空站曾安装了一台250kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600~700℃，所用燃料为，电解质为熔融的，已知该电池的总反应为，负极的电极反应式为，则下列说法正确的是( )
A.正极的电极反应式为
B.该电池的电极没有参加反应
C.电池供应1mol水蒸气，转移的电子为4mol
D.从正极通入，发生氧化反应
9.水是生命之源。请结合如图所示的空间站水、气整合循环系统，回答下列问题：
（1）“萨巴蒂尔反应器”内发生反应的化学方程式为______。
（2）通过“萨巴蒂尔反应器”生成的水可以电解，实现氧气的再生，电解水的化学方程式为______。
10.“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镍镉蓄电池和应急电池。
（1）飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将_______能转化为_______能。除供给飞船使用外，多余部分用镍镉蓄电池储存起来，其工作原理为。
充电时，阳极的电极反应式为_______；当飞船运行到阴影区时，镍镉蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性_______（填“增强”“减弱”或“不变”）。
（2）紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为，其负极的电极反应式为_______。
答案以及解析
1.答案：D
解析：该电池装置中氢气不燃烧，只是将化学能转化为电能，所以电池工作时不会发出蓝色火焰，A项错误；负极上失电子、正极上得电子，所以通入氢气的电极为负极、通入氧气的电极
为正极，B项错误；该电池工作时，电子由通入的一极经外电路到通入的一极，C项错误；碱性氢氧燃料电池中，负极的电极反应式为，正极的电极反应式为，D项正确。
2.答案：D
解析：，由总反应方程式知，每生成2mol转移电子4mol，则得到100mol转移电子200mol。
3.答案：C
解析：通过太阳能实现总反应：，是催化剂，该过程中没有消耗，A项正确；该过程中在太阳能作用下转变为和，即把太阳能转化成了化学能，B项正确；根据盖斯定律可知，，C项错误；CO在负极失电子生成，在碱性条件下再与反应生成，故负极的电极反应式为，D项正确。
4.答案：B
解析：硅是太阳能电池的光电转换材料，故A项错误装置X是电解池，电解水生成氢气和氧
气，所以装置X能实现氢气和氧气再生，故B项正确；负极上氢气失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，装置Y中正极的电极反应式为，故C项错误；化学能与电能间不可能完全转化，还有部分能量转化为其他能量形式，所以装置
X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，但不能实现化学能与电能间的完全转化，故D项错误。
5.答案：D
解析：A.该氢氧燃料电池，原理是氢气和氧气反应生成水,故具有单位质量输出电能高、产物水可作为航天员的饮用水，氧气可作为备用氧源供航天员呼吸等优点,，A项正确；B.飞船中存在很多金属，而腐蚀性强，故逐渐被KOH溶液替代，B项正确；C.使用多孔碳载镍电极，使气体与溶液能充分接触反应，加快反应，C项正确；D.氢氧燃料电池连续工作时产生水，其内部的电解质浓度会发生变化，D项错误；答案选D。
6.答案：A
解析：该燃料电池中，通入燃料氢气的一极为负极，负极反应式为；通入氧气的一极为正极，氧气得到电子发生氧化反应；电池的总反应式与负极反应式相减，可得其正极反应式为。该电池工作时，电子由负极(通入氢气的一极)经外电路流向正极(通入氧气的一极)。
7.答案：B
解析：充电时，阴极得到电子，电极反应式为。所以溶液的pH增大，A不正确。充电时阳极得到电子，所以选项B正确。根据总反应式可知，水的量是不变的，所以D不正确。放电时NiOOH得到电子，发生还原反应，C不正确，答案选B。
8.答案：B
解析：该原电池的电解质为熔融的，故不含有，正极的电极反应式为，A项错误；由总反应可知，转移4mol电子可产生2mol水，因此供应1mol水蒸气转移2mol电子，C项错误；氧气在正极发生还原反应，D项错误。
9.答案：（1）
（2）
10.答案：（1）太阳；电；；减弱
（2）
解析：（1）太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置；充电时，阳极上失电子发生氧化反应生成NiOOH，电极反应式为；镍镉蓄电池放电时，Cd在负极发生氧化反应生成，电极反应式为，负极附近溶液碱性减弱。
（2）应急电池中，Zn失电子作负极，负极的电极反应式为。