Question

微生物燃料電池(MFC)是燃料電池中特殊的一類，它利用微生物作為反應主體．將有機物的化學能轉化為電能。以葡萄糖溶液作底物為例，其工作原理如圖所示。

已知石墨電極上的反應為
C₆H₁₂O₆＋ 6H₂O － 24e^－ ="====" 6CO₂＋ 24H^＋
（1）電池中的質子交換膜只允許質子和水分子通過。電池工作時，質子移向電池的_     __極(填正或負)，鉑碳上所發生的電極反應式為：___________       _            _______
（2）葡萄糖的燃燒熱為2800 kJ·mol^－1 ，寫出葡萄糖完全燃燒的熱化學方程式：_____________________________________________________________________
（3）化學需氧量（COD）是重要的水質指標．其數值表示將1L水中的有機物氧化為CO₂、H₂O所需消耗的氧氣的質量。科學家設想利用微生物燃料電池來處理某些污水，并進行發電，該設想已經在實驗室中獲得成功。但如果1 L廢水中有機物(折算成葡萄糖)氧化提供的化學能低于5．6 kJ，就沒有發電的必要。則下列污水中，不適合用微生物燃料電池發電的是__________________(填序號)

序號	A	B	C	D	E
污水類型	生活污水	印染	電鍍	造紙	硫酸工業廢水
COD值/mg·L－1	520	870	20	960	120

Answer 1

（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）

試題分析：（1）原電池工作時，正離子移向正極，在正極發生還原反應，其電極反應式為
O₂＋4e^-＋4H^＋＝2H₂O 
（2）葡萄糖完全燃燒生成氣態的二氧化碳和液態的水，其熱化學方程式為：
C₆H₁₂O₆(s) + 6 O₂(g)=6CO₂（g）+ 6H₂O(l) ΔH=" -2800" kJ·mol^-1
（3）若要提供5.6 kJ的化學能，則需要5.6 kJ÷2800 kJ·mol^-1=0.002mol的葡萄糖，即0.002×6＝0.012mol的O₂，質量為384mg，則污水的COD值至少為384mg·L^－1，才有發電的必要。
點評：新型燃料電池是近年來高考的熱點，考生應熟練掌握原電池的工作原理，利用知識的遷移，靈活作答。難度中等。