【文档说明】2023-2024学年高二化学人教版2019选择性必修1同步备课试题 实验08制作简单的燃料电池 Word版含解析.docx，共(14)页，3.271 MB，由小赞的店铺上传

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【同步实验课】制作简单的燃料电池【实验目的】1.理解燃料电池的工作原理。2.设计和制作一个致然料电池。【实验仪器】U形管、石墨棒（石墨棒使用前应该经过烘干活化处理）、3~6V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表（或发光二极管、音乐盒等）。【实验试剂】1mol/LNa2SO4溶液、酚酞溶

液。【实验一】制作简单的燃料电池实验操作图解操作实验现象实验结论1.电解水。在U形管中注入1mol/LNa2SO4溶液，然后向其中滴加1-2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒。并用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合K1，接

通直流电源开始电解、观察现象。2.制作一个氢氧燃料电池。注入Na2SO4溶液滴加1-2滴酚酞溶液接通直流电源开始电解1分钟通电1分钟后，左侧石墨电极为阳极，有氧气生成；右侧石墨电极为阴极，有氢气放出，观察到U形

管右管呈现红色，说明有碱性物质生成。01实验梳理02实验点拨03典例分析04对点训练05真题感悟当上述电解过程进行1~2min后，打开K1，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等）相连，闭合K2，观察现象。断开电源后，U

形管两侧石墨电极上附着有大量的气泡，用电线与电流表相连，发现电流表指针发生偏转，说明有电流产生。电解产生的氢气和氧气分别附着在石墨电极上，用导线与电流表连接，指针偏转，说明氢气与氧气构成了燃料电池，两极方程式为正极：O2+4e-+2H2O=4OH-；负极：

2H2-4e-=4H+，在电路中有电流产生。（一）问题与讨论：用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结1．利用图中装置分别电解Na2SO4溶液、NaOH溶液和稀硫酸能产生装置中的现象吗？为什么？【解析】能。因为电解Na2SO4溶液、NaOH溶

液、稀硫酸实质上都是电解水。阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑。2．利用图中装置分别电解饱和NaCl溶液、NaNO3溶液产生的

现象相同吗？为什么？【解析】不相同。因为电解饱和NaCl溶液，阳极(A试管内)发生：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(B试管内)发生：2H＋＋2e－===H2↑，若不考虑Cl2、H2的溶解，理论上

气体体积相同；电解NaNO3溶液实质是电解水，阳极(A试管内)发生：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极(B试管内)发生：4H＋＋4e－===2H2↑，两者的体积比为1∶2。（二）规律与方法：1.电

解类型类型电极反应特点例子实际电解对象电解质浓度溶液pH电解质溶液复原电解电解质型电解质的离子放电HClHCl减少增大加HClCuCl2CuCl2减少加CuCl2电解水型阳极OH－放电，阴极H＋放电NaOHH2

O增大增大加H2OH2SO4H2O增大减小加H2ONa2SO4，KNO3H2O增大不变加H2O放出氢气生成碱型阴极H＋放电NaCl电解质和水部分离子浓度减少增大加HClKBr加HBr放出氧气生成酸型阳极OH－

放电AgNO3电解质和水部分离子浓度减少减小加Ag2OCuSO4加CuO2.燃料电池名称电解质电极反应和总反应氢氧燃料电池KOH正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O总反应：2H2＋O2===2H2OH2SO4正极：O2＋4e－＋4H＋

===2H2O负极：2H2－4e－===4H＋总反应：2H2＋O2===2H2O甲烷燃料电池KOH正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O甲醇燃料

电池KOH正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O肼燃KOH正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH

－料电池负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O（三）深度剖析：1.“三步法”书写燃料电池电极反应式2.电解的相关计算（1）计算方法有关电解的计算通

常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法：电子守恒计算用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等总反应式计算先写出电极反应式，再写出

总反应式，最后根据总反应式列比例式计算关系式计算根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式（2）等量关系(1)电解池中阳极失去的电子总数＝阴极得到的电子总数。(2)当电流通过一个

或多个串联的电解池时，它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。(3)常见电化学计算的对应关系：H2～Cl2～12O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。如电解池中析出气体时，在同温同压下析出各气体的物质的量之比为n(H2

)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶0.5。【典例01】（2023春·河南郑州·高一统考期末）郑州宇通客车股份有限公司制造的氢燃料电池客车是北京冬奥会体育赛事用车之一，其反应原理如下图。下列说法正确的是

A．电极a是负极B．阴离子移向电极bC．离子导体可以选择蔗糖溶液D．电子由电极b沿导线移向电极a【答案】A【解析】A．由分析可知，电极a是负极，A正确；B．原电池中，阴离子移向负极，也就是电极a，B错误；C．蔗糖溶液不导电，故离子导体不可以选择蔗糖溶液，C错误；D．电子由负极电极a沿导线移向正

极电极b，D错误；故选A。【典例02】（2021春·河南·高一统考期末）联氨()22HNNH−也叫肼，是重要的火箭燃料，可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液可组成碱性燃料电池。下列说法错误的是A．肼的电子式为：B．肼燃料电池总反应方程式为：24222NHO

N2HO+=+C．电解质溶液中，OH−向负极移动D．负极的电极反应式为：22O4e2HO4OH−−++=【答案】D【解析】负极的电极反应式为：N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O,正极的电极反应式为：22O4e2HO4OH−−++=，肼燃料电池总反应方程式为

：24222NHON2HO+=+，负极消耗OH−，电解质溶液中，OH−向负极移动。A．肼分子中两个氮原子间形成一个共价键，电子式为：，故A正确；B．肼与氧气反应生成氮气和水，肼燃料电池总反应方程式为：24222NHON2HO+=+，故B正确；C．原电池内部阴离子

向负极移动，电解质溶液中，OH−向负极移动，故C正确；D．负极的电极反应式为：N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，正极的电极反应式为：22O4e2HO4OH−−++=，故D错误；故选D。1．（2021春·河南新乡·高二校联考期末）硫化

氢空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合，已知2H2S(g)+O2(g)=S2(s)+2H2O(l)△H=-632kJ/mol，下列说法正确的是A．电极a发生反应为还原反应B．标准状况下，每11.2LH2S参与反应，有1molH+经固体电解质膜进

入正极区C．当电极a的质量增加64g时，电池内部释放632kJ的热能D．电极b上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-【答案】B【解析】由2H2S(g)+O2(g)=S2(s)+2H2O(l)可知，O2在正极b发生还原反应，电极反应式为：O2+4H++

4e-=2H2O，H2S在负极a发生氧化反应，电极反应式为：2H2S-4e-=4H++S2，结合原电池工作原理和电极反应分析判断。A．电极a为负极，发生氧化反应，故A错误；B．由电极反应式2H2S-4e-

=4H++S2可知，标准状况下，每11.2LH2S物质的量=V/Vm=11.2L/22.4L/mol=0.5mol，H2S参与反应，由电极方程式2H2S-4e-=S2(s)+4H+，有1molH+经固体电解质膜进入正极区，故B正确；C．反应由化学能转化为电能，电

池内部释放的热能小于632kJ，故C错误；D．该电池是质子固体做电解质，所以电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，故D错误；故选：B。2．（2020秋·河南·高二校联考阶段练习）一种利用蓝绿藻制氢贮氢及氢气应用的图示如图。下

列说法正确的是（）A．能量的转化方式只有2种B．氢气液化过程吸收能量C．蓝绿藻分解水产生H2，同时释放能量D．能量利用率：燃料电池比H2直接燃烧高【答案】D【解析】A．图中能量的转化方式包括光能转化为化学能、化学能转化为电

能、电能转化为动能，则至少有3种能量转化方式，故A错误；B．物质由气态转化为液态过程释放能量，故B错误；C．水的分解过程为吸热反应，则蓝绿藻分解水产生H2，同时吸收能量，故C错误；D．氢气的燃烧先将化

学能转化为热能，热能再转化Wie机械能，最后机械能再转化为电能，转化过程中都有能量损失，燃料电池直接将化学能转化为电能，避免了能量转化过程中的能量损失，则能量利用率：燃料电池比H2直接燃烧高，故D正确；答案选D。3．（2021秋·河南驻马店·

高三校联考阶段练习）甲醇燃料电池可使用于笔记本电脑、汽车等。它在一极通入甲醇，另一极通入氧气，电解质是质子交换膜，它能传导氢离子。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水。下列叙述中，不正确的是A．电池的总反应是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2OB．负极的反应是CH3OH+H2O=CO2+6H+

+6e-C．正极的反应是O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池工作时，H+移向正极【答案】C【解析】A．燃料电池中，一极通入甲醇、另一极通入氧气、电解质是质子交换膜，则该甲醇燃料电池总反应就是甲醇被氧气氧化生成二氧化碳和水，电池的总反应方程式是2CH3OH

+3O2=2CO2+4H2O，A正确；B．负极CH3OH失去电子被氧化，负极反应式是CH3OH+H2O=CO2+6H++6e-或CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，B正确；C．电解质是质子交换膜，则正极的反应是O2+4H++4e-=2H2O，C错误；D．远电池工作时，阳离子移向正极，则H

+移向正极，D正确；答案选C。4．（2022秋·河南洛阳·高一宜阳县第一高级中学校考阶段练习）如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，适合进行现场酒精检测，下列说法不正确的是A．电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极B．该电池的正极反应式为：O2+

4e-+4H+=2H2OC．该电池的负极反应式为：CH3CH2OH+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+D．微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量【答案】C【解析】A．乙醇燃料电池中，负极

上乙醇失电子发生氧化反应，正极上是氧气得电子的还原反应，电流由正极流向负极，故A正确；B．燃烧电池通氧气的极为正极，正极上发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，故B正确；C．该电池的负极上乙醇失电子发生氧化反应，由装置图可知酒精在负极被氧气氧化发生氧化反应生成醋酸，CH3C

H2OH-4e-+H2O=4H++CH3COOH，故C错误；D．根据微处理器通过检测电流大小可以得出电子转移的物质的量，根据电极反应式可以计算出被测气体中酒精的含量，故D正确；故答案为C。5．（2023春·河南安阳·高一统考期末）用C

H4和O2组合形成的质子(H+)交换膜燃料电池的结构如图所示，下列说法错误的是A．电流通过外电路从d极流向c极B．电极c的电极反应式为CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+C．b气体为O2D．若电路中转移2mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状况下的体积为22.4L

【答案】D【解析】根据图示可知，电子由c极经过负载流向d极，故c是负极，电极c的电极反应式为CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，d是正极，正极上得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4H++4e-═2H2O，据此分析回答问题。A．电流的流向与电子相反，故电流

通过外电路从d极流向c极，A正确；B．由以上分析可知，电极c的电极反应式为CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+，B正确；C．由以上分析可知，b气体为O2，C正确；D．由以上分析可知，转移4mol电子时，消耗1mo

l氧气，电路中转移2mol电子，消耗0.5mol氧气，则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状况下的体积为11.2L，D错误；故选D。6．（2021秋·河南南阳·高三统考期中）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，下列说法错误的是A．放电过程中，K+均向正极移动B．放电过程中，N2H4—O2燃料电池的KOH物质的量不变，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的KOH物质

的量减小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】D【解析】A．该燃料电池为原电池，放电过程中，阳离子向正极移动，因此K+均向正极移动，故A正确；B．N2

H4—O2燃料电池的总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O，不消耗KOH；(CH3)2NNH2—O2燃料电池的总反应：32222322(CH)NNH+4O+4KOH=2KCO+N+6HO，消耗KOH，KOH物质的量减小，故B正确；C．CH3OH—O2燃料电池的总反应为：2CH3OH

+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，反应共转移12e-；N2H4—O2燃料电池的总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O，反应共转移4e-；(CH3)2NNH2—O2燃料电池的总反应：32222322(CH)NN

H+4O+4KOH=2KCO+N+6HO，反应共转移16e-；设消耗燃料的质量均为xg；则三种物质对应的物质的量分别为：xxxmol,mol,mol323260；则三种电池放电量分别为：xxx6mol,4mol,

16mol323260，通过比较可知，消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大，故C正确；D．N2H4—O2燃料电池的总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O；消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池产生氮气的总量为1mol，在标准状况下为22.4L，

故D错误；故选D。7．（2023春·河南濮阳·高一濮阳一高校考阶段练习）氢燃料电池被誉为氢能源汽车心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法不正确的是A．a处通入氢气B．电池每消耗11．2L氢气，电路中通过的电子为ANC．右侧的电极反应式为：22O4e4H2

HO−+++=D．右侧电极为电池的负极【答案】BD【解析】A．燃料电池的燃料在负极，即a通入H2，A项正确；B．未给出条件，无法计算H2物质的量，无法获得电子数目，B项错误；C．右侧b极为O2发生还原反应，O2+

4e−+4H+=2H2O，C项正确；D．右侧为正极，D项错误；故选BD。8．（2023春·河南郑州·高一河南省实验中学校考期中）下列关于四种电池的叙述正确的是A．电池Ⅰ中电子的流向：ZnCu→→稀硫酸Zn→B．电池Ⅱ中

石墨棒上发生还原反应，锌筒会变薄C．电池Ⅲ是二次电池，充电时电能转化为化学能D．电池Ⅳ中正极的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-【答案】BC【解析】A．电池Ⅰ为原电池，Zn作负极，电子从锌流出沿导线流向铜，电子不能通过电解质溶液，A错误；B．电池Ⅱ为锌锰干电池

，锌作负极发生氧化反应，锌被消耗，锌筒变薄；石墨作正极，正极上发生还原反应，B正确；C．电池Ⅲ为铅蓄电池，是二次电池，充电时将电能转化为化学能，C正确；D．电池Ⅳ为酸性氢氧燃料电池，氧气在正极反应得到电子

发生还原反应，电极反应式为：O2+4H++4e−=2H2O，D错误；故选BC。1．（2021·河南·统考三模）目前，某研究团队对2TiO基催化剂光催化还原2CO转化为燃料甲醇(原理如图所示)进行研究，取得了大成果。下列说法正确的是A．CB极的电势低于VB极的电

势B．CB极发生的反应是+-232CO+6H-6e=CHOH+HOC．光照下2TiO基产生电子D．总反应式为2232通电2CO+4HO2CHOH+3O【答案】C【解析】A．在光照下，CB极表面聚集了由二氧化钛基转移过来的电子，因此CB极的电势高于

VB极的电势，故A错误；B．CB极上2CO得到电子生成甲醇，发生还原反应，故B错误；C．根据图示，反应过程中2TiO在光照下产生电子，故C正确；D．VB极上水失去电子生成氧气，发生氧化反应，CB极上2

CO得到电子生成甲醇，发生还原反应，总反应式为22322CO+4HO2CHOH+3O催化剂光照，反应条件不是通电，故D错误；故选C。2．（2021·河南·统考一模）熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池

。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O2+2CO2+4e-=2CO2-3，下列有关说法中错误的是A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触D．放电时，阳极(负极)反应式为

2H2+2CO2-3-4e-=2CO2+2H2O【答案】B【解析】该燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧化剂氧气的电极是正极，负极反应式为H2-2e-+CO2-3=CO2+H2O，正极反应式为O2+2CO2+4

e-═2CO2-3，放电时，电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。A．升高温度能加快反应速率，该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；B．还原性物质在负极发生氧化反应，该类电池的H2可以用CO、CH4等替代，故B

错误；C．H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免H2、O2的接触，防止爆炸，产生安全事故，故C正确；D．放电时，氢气失电子发生氧化反应，阳极(负极)反应式为2H2+2CO2-3-

4e-=2CO2+2H2O，故D正确；故选B。3．（2019·河南安阳·统考一模）下图是一种微生物燃料电池的工作原理示意图，工作过程中必须对某室进行严格密封。下列有关说法错误的是A．a极的电极反应式为612622CHO6HO24e6CO24H−++−===+B．若

所用离子交换膜为质子交换膜，则H＋将由A室移向B室C．根据图示，该电池也可以在碱性环境中工作D．由于A室内存在细菌，所以对A室必须严格密封，以确保厌氧环境【答案】C【解析】A.由图可知负极（a极）反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，正极（

b极）反应式为O2+4H++4e-=2H2O，故不选A；B.根据图示和题中信息，A室产生H+而B室消耗H+，氢离子将由负极移向正极，故不选B；C.在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传

递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂（一般为氧气）在正极得到电子被还原与质子结合成水，所以不可以碱性环境，故选C；D.由于A室内存在细菌，所以对A室必须严格密封，以确保厌氧环境，故不选D;答案：C4．（202

3·山东·统考高考真题）利用热再生氨电池可实现4CuSO电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的4CuSO电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是A．甲室Cu电极为正极B．隔膜为阳离子膜C．电池总反应为：()223

34Cu4NHCuNH+++=D．3NH扩散到乙室将对电池电动势产生影响【答案】CD【解析】A.向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成()234CuNH+

，因此甲室Cu电极为负极，故A错误；B.在原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；C.左侧负

极是()2334Cu2e4NHCuNH+−−+=，正极是2Cu2eCu+−+=，则电池总反应为：()22334Cu4NHCuNH+++=，故C正确；D.3NH扩散到乙室会与铜离子反应生成()234CuNH+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对

电池电动势产生影响，故D正确。综上所述，答案为CD。