第3课时 化学电源——燃料电池
【新课探究】
学习任务
课前自主预习
(2)H2-2e-2H+ H2+2OH--2e-2H2O O2+4H++4e-2H2O O2+2H2O+4e-4OH-
知识迁移应用
例1 B [解析] 负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,正极反应式为O2+4H++4e-2H2O;根据电子流向,可以判断a处通甲醇,b处通O2;当电池提供1 mol 电子时,消耗O2的物质的量为1 mol×=0.25 mol。
例2 C [解析] 碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O;N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O;偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为-2价,H元素化合价为+1价,所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+6H2O。放电过程为原电池工作原理,所以钾离子均向正极移动,A错误;根据上述分析可知,N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池根据总反应可知,KOH的物质的量减小,B错误;理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关,设消耗燃料的质量均为m g,则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是×6、×4、×16,通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大,C正确;根据转移电子数守恒和总反应式可知,消耗1 mol O2时,生成N2的物质的量为1 mol,在标准状况下为22.4 L,D错误。
例3 D [解析] 因为外电路中电子从电极b流向电极a,所以电极b为负极,H2在该极发生氧化反应;电极a为正极,O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池负极的电极反应式为H2+O2--2e-H2O,正极的电极反应式为O2+4e-2O2-,则电池总反应式为2H2+O22H2O。
【课堂评价】
1.(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
[解析] (1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中,H+从负极区向正极区迁移。
(2)氢氧燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,不能将热能直接转化为电能。
(4)燃料电池是利用燃烧原理来设计的燃料电池,大多数是在常温条件可以反应的。
2.B [解析] 由图可知,通入氮气的a电极为燃料电池的正极,酸性条件下氮气在正极得到电子发生还原反应生成铵根离子,通入氢气的b电极为负极,氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子,放电得到的A溶液为氯化铵溶液,氯化铵浓溶液经冷却结晶、过滤得到氯化铵和可以循环使用的氯化铵稀溶液。由分析可知,通入氮气的a电极为燃料电池的正极,酸性条件下氮气在正极得到电子发生还原反应生成铵根离子,故A正确;氯化铵受热易分解,不能用蒸发结晶的方法分离得到,应用冷却结晶、过滤的方法得到氯化铵,故B错误;由分析可知,a电极的电极反应式为N2+8H++6e-2N,故C正确;由分析可知,通入氮气的a电极为燃料电池的正极,通入氢气的b电极为负极,则导线中电流方向为a→b,故D正确。
3.C [解析] 原电池中氢离子向正极移动,由图可知,b极为正极,发生还原反应,电极反应式为Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O,1 mol Cr3+与水反应生成3 mol H+同时生成1 mol Cr(OH)3,若电路中转移3 mol电子,则有3 mol H+从左池进入右池,而正极反应中消耗7 mol H+,综合分析右池n(H+)减少1 mol,H+浓度降低;a极为负极,甲醇发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+。由分析可知,电池工作时a极发生氧化反应,A正确;自发的氧化还原反应可以设计成原电池,故CH3OH与Cr2也可直接反应,B正确;由分析可知,右池H+浓度降低,酸性变弱,C错误;a极为负极,甲醇发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,D正确。
4.C [解析] 由图可知,电极a为负极,电极反应式为H2+2OH--2e-2H2O,电极b为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,据此作答。电极a上氢气失电子,电极a为负极,故A错误;原电池工作时,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,K+移向正极,故B错误;由分析可知,电极b为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,故C正确;标准状况下22.4 L气体的物质的量为1 mol,结合选项C分析可知,正极消耗1 mol O2,电路中通过的电子为4 mol,故D错误。第3课时 化学电源——燃料电池
1.A [解析] 由图可知,通入氢气的电极a为燃料电池的负极,氢气在负极失电子发生氧化反应,通入氧气的电极b为正极,氧气在正极得电子发生还原反应生成水,电池的总反应为2H2+O22H2O。由分析可知,电极a是负极,A正确;原电池中,阴离子移向负极(电极a),B错误;蔗糖溶液不导电,故离子导体不可以选择蔗糖溶液,C错误;电子由负极(电极a)沿导线移向正极(电极b),D错误。
2.B [解析] 甲烷燃料电池中通入燃料CH4的a电极为负极,CH4失电子,被氧化,通入空气的b电极为正极。根据分析,通入CH4的a极为负极,A项错误;该原电池工作时,正负两电极都只起导电作用,真正参与反应的是正负两极通入的气体,故a与b两电极可以同时以石墨作为电极材料,B项正确;工作时,b电极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,生成OH-,b极附近溶液的碱性增强,pH会增大,C项错误;a极为负极,在KOH溶液中,CH4发生失电子的氧化反应,被氧化成碳酸根离子,电极反应为CH4-8e-+10OH-C+7H2O,D项错误。
3.C [解析] 新型NaBH4/H2O2燃料电池总反应方程式为NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O,电池工作时,H2O2中的O元素从-1价降低到-2价,则H2O2在正极区得电子,发生还原反应,A不正确,C正确;电池工作时,通过发生氧化还原反应,将化学能转化为电能,B不正确;电池工作过程中,阳离子向正极移动,则Na+从负极区向正极区迁移,D不正确。
4.B [解析] 该燃料电池中,通入氢气的电极是负极,通入氧气的电极是正极,负极反应式为H2-2e-+CCO2+H2O,正极反应式为O2+2CO2+4e-2C,放电时,电解质中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。升高温度能加快离子移动,该电池较高的工作温度加快了正、负极的反应速率,故A正确;CO、CH4为还原性物质,能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;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;放电时,氢气失电子发生氧化反应,负极反应式为H2+C-2e-CO2+H2O,故D正确。
5.D [解析] 由H+移向A极可知,A极为正极,B极为负极。在原电池中,电子由负极(B极)经导线流向正极(A极),A错误;A极为正极,发生还原反应,B错误;没有说明是标准状况,无法计算,C错误;B极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,D正确。
6.C [解析] 据图可知,电子从左侧电极流出,则左侧电极为负极,右侧电极为正极。“全氢电池”工作时,将化学能转化为电能,故A错误;吸附层a为负极,a极附近含有NaOH,则电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O,故B错误;吸附层b为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,结合负极电极反应式,则“全氢电池”的总反应为H++OH-H2O,故C正确;电池工作时Na+是阳离子,移向正极,即移向吸附层b,Cl是阴离子,移向负极,即移向吸附层a ,故D错误。
7.D [解析] 由图可知,燃料电池工作时,中间室中硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右室,则左侧电极为负极,碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水,右侧电极为正极,酸性条件下过氧化氢在正极得到电子发生还原反应生成水。由分析可知,离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜,故A正确;右侧石墨电极为燃料电池的正极,故B正确;左侧电极为负极,碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水,电极反应式为H2O2+2OH--2e-O2↑+2H2O,故C正确;硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右室,则中间室溶液减轻质量为硫酸钾的质量,由得失电子数目守恒可知,中间室溶液质量减轻52.2 g时,左侧产生标准状况下氧气的体积为×22.4 L·mol-1=6.72 L,故D错误。
8.C [解析] 由原电池装置图可知,N2H4发生失电子的氧化反应生成N2,O2发生得电子的还原反应生成OH-,则电池左侧为负极区,右侧为正极区,正极反应式为2H2O+O2+4e-4OH-,负极反应式为N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O,电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O,据此分析解答。原电池是将化学能直接转化为电能的装置,但电池工作时化学能不可能完全转化为电能,还将转化为热能等其他形式的能量,A错误;由分析可知,该电池中左侧为负极区,右侧为正极区,放电过程中,阳离子Na+移向正极,即从左向右移动,B错误;由分析可知,电池工作时,负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等,C正确;由分析可知,负极的电极反应式为N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O,D错误。
9.(1)负 O2+4H++4e-2H2O
(2)NO-3e-+2H2ON+4H+ 33.6
[解析] (1)Pt(a)极的原料为甲醇和水,产物为二氧化碳、氢离子,则Pt(a)为负极,电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,Pt(b)为正极,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,由负极电极反应式可知,转移6 mol电子时,需要消耗1 mol CH3OH,则转移2 mol电子时,需要消耗 mol CH3OH。
(2)由原电池的工作原理图示可知,左端的铂电极为负极,其电极反应式为NO-3e-+2H2ON+4H+,当过程中产生2 mol HNO3时转移6 mol e-,需要 1.5 mol O2参与反应,标准状况下的体积为33.6 L。第3课时 化学电源——燃料电池
◆ 学习任务 化学电源——燃料电池
1.[2024·辽宁沈阳高二月考] 货运和客运车逐步推广新能源汽车,氢燃料电池有明显的优势,其反应原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极a是负极
B.阴离子移向电极b
C.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
2.[2024·北京首都师大附中高二期中] 甲烷燃料电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.a极为正极
B.a与b两电极可以同时以石墨作为电极材料
C.工作一段时间后,b极附近溶液的pH会减小
D.a极的电极反应为CH4-8e-+8OH-CO2↑+6H2O
3.[2024·山东潍坊高二月考] 新型NaBH4/H2O2燃料电池总反应方程式为NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O。下列有关说法中正确的是 ( )
A.电池正极区发生氧化反应
B.电池工作时,将电能转化为化学能
C.电池工作时,H2O2得电子
D.电池在工作过程中,Na+从正极区向负极区迁移
4.熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO电极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni电极、金属极板构成的燃料电池。工作时,该电池的正极反应为O2+2CO2+4e-2C,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正、负极的反应速率
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,负极反应式为H2+C-2e-
CO2+H2O
5.[2024·湖南长沙高二月考] 微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产、生活废水处理并提供电能,系统内产电微生物由根沉积物和废水提供,其原理如图所示:
下列有关叙述正确的是 ( )
A.MFC-CW系统中电子由A极流向B极
B.A极发生氧化反应
C.若电路中转移0.2 mol e-,则A极消耗O2 1.12 L
D.B极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+
6.某期刊报道了一种正在开发中的绿色环保“全氢电池”,有望减少废旧电池产生的污染,其工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.“全氢电池”工作时,将电能转化为化学能
B.吸附层a发生的电极反应:2H++2e-H2↑
C.“全氢电池”的总反应:H++OH-H2O
D.电池工作时Na+移向吸附层a,Cl移向吸附层b
7.直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)是一种以H2O2作为燃料和氧化剂的新型液态燃料电池,能在无氧环境下工作,可作为空间站和水下使用的电源,其工作原理如图所示(正、负极电极均为石墨电极)。下列说法错误的是 ( )
A.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜
B.右侧石墨电极为正极
C.左侧石墨电极的电极反应式为H2O2+2OH--2e-O2↑+2H2O
D.当中间室溶液质量减轻52.2 g时,左侧产生气体的体积为3.36 L(标准状况)
8.[2024·重庆育才中学高二月考] 肼(N2H4)可以用作燃料电池的燃料,工作原理如图所示,电池工作过程中会有少量N2H4在电极表面发生自分解反应生成NH3、N2、H2。
下列关于N2H4-O2燃料电池的说法正确的是 ( )
A.电池工作时化学能完全转化为电能
B.放电过程中,OH-从左向右移动
C.电池工作时,负极区消耗的NaOH与正极区生成的NaOH物质的量相等
D.负极的电极反应式:N2H4-4e-N2+4H+
9.(11分)[2024·四川绵阳高二开学考] 电池是人类生产和生活中重要的能量来源。各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。按要求回答下列问题。
(1)(6分)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池工作原理如图所示。
Pt(a)电极是电池的 极,Pt(b)电极反应式为 。如果该电池工作时电路中通过2 mol电子,则消耗CH3OH的物质的量为 mol。
(2)(5分)一氧化氮-空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时,实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合,其工作原理如图所示,写出放电过程中负极的电极反应式: ,若过程中产生2 mol HNO3,则消耗标准状况下O2的体积为 L。 (共83张PPT)
第3课时 化学电源——燃料电池
学习任务 化学电源——燃料电池
学习任务 化学电源——燃料电池
【课前自主预习】
燃料电池
(1)燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能
的化学电源。
(2)氢氧燃料电池
电解质溶液 稀硫酸
负极反应 _________________ _______________________
正极反应 _______________________ _______________
_______________
总反应
(3)燃料电池的优点
①将化学能转化为电能的转化率较高，大大提高了能源的利用率。
②污染物少排放甚至零排放。
(4)燃料电池常用的燃料
、、烃(如、)、醇(如)、肼 等。
(5)燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如 溶液；②碱性电解质溶液，如 溶液；
③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如熔融 。
(6)解答燃料电池题目的思维模型
【知识迁移应用】
例1 ［2024·广东深圳高二期中］
甲醇燃料电池的结构示意图如图
所示，甲醇在催化剂作用下提供
质子 和电子，电子经外电路、
质子经内电路到达另一极与氧气
反应，电池总反应为 。下列说法不正确
的是( )
A.左电极为电池的负极， 处通入
的物质是甲醇
B.正极反应式为
C.负极反应式为
D.该电池提供 ，消耗
√
[解析] 负极反应式为 ，正极反应式为
；
根据电子流向，可以判断 处通甲醇，处通；
当电池提供 电子时，消耗 的物质的量为 。
例2 以溶液为离子导体，分别组成、 、
清洁燃料电池，下列说法正确的是( )
A.放电过程中， 均向负极移动
B.放电过程中， 物质的量均减小
C.消耗等质量燃料， 燃料电池的理论放电量最大
D.消耗时，理论上 燃料电池气体产物的体积在标
准状况下为
√
[解析] 碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为
； 清洁燃料电池总反应为
；偏二甲肼 中C和的化合价均为价，元素化合价
为 价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为
。
放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；
根据上述分析可知， 清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应
中未消耗，所以 的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应
可知， 的物质的量减小，B错误；
理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为
，则甲醇、 和放电量(物质的量表达式)分别是
、、，通过比较可知
理论放电量最大，C正确；
根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗时，生成的物质的量
为，在标准状况下为 ，D错误。
例3 ［2024·广东广州高二月考］ 固体氧化物燃料电池是以固体氧
化锆-氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子
在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极、 均不
参与电极反应。下列判断正确的是( )
A.有参加反应的电极 为电池的负极
B.电极的电极反应式为
C.电极的电极反应式为
D.该电池的总反应式为
√
[解析] 因为外电路中电子从电极流向电极，所以电极 为负极，
在该极发生氧化反应；
电极为正极， 在该极发生还原反应。
由此推断该原电池负极的电极反应式为 ，
正极的电极反应式为 ，则电池总反应式为
。
［归纳总结］ 燃料电池电极反应式的书写
负极为燃料失电子发生氧化反应，正极为助燃剂得电子发生还原反应。
第一步写总反应。烃或烃的含氧衍生物等其他燃料与助燃剂作用生
成稳定产物，C通常对应或。
第二步写正极反应式。
①酸性溶液： ，
②碱性介质： ，
③允许存在的高温固体： ，
④熔融碳酸盐： 。
第三步写负极反应式。用总反应减去正极反应式并消去助燃剂等并
配平即为负极反应式。
1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中, 从正极区向负
极区迁移( )
×
[解析] 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中, 从负极区
向正极区迁移。
(2)氢氧燃料电池可将热能直接转化为电能( )
×
[解析] 氢氧燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,不能
将热能直接转化为电能。
(3)氢氧燃料电池工作时氧气在正极被还原( )
√
(4)燃料电池在常温下无法反应( )
×
[解析] 燃料电池是利用燃烧原理来设计的燃料电池，大多数是在常
温条件可以反应的。
(5)燃料电池中，燃料在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反
应( )
√
2.［2024·江苏扬州高二期中］氨气是一种重要的化工原料，工业合成氨
反应为 ，将上述合成氨
反应设计成燃料电池，工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A. 电极为正极，发生还原反应
B.A溶液中所含溶质为 ，可用蒸发结
晶的方法分离出A
C. 电极发生的反应为
D.导线中电流方向为
√
[解析] 由图可知，通入氮气的 电极为燃料电池的正极，酸性条件下氮气在
正极得到电子发生还原反应生成铵根离子，通入氢气的 电极为负极，氢气
在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，放电得到的A溶液为氯化铵溶液，
氯化铵浓溶液经冷却结晶、过滤得到氯化铵和
可以循环使用的氯化铵稀溶液。
由分析可知，通入氮气的 电极为燃料电池的
正极，酸性条件下氮气在正极得到电子发生
还原反应生成铵根离子， 故A正确；
氯化铵受热易分解，不能用蒸发结晶的方法分离得到，应用冷却结晶、过滤
的方法得到氯化铵，故B错误；
由分析可知， 电极的电极反应式为
，故C正确；
由分析可知，通入氮气的 电极为燃料电池
的正极，通入氢气的 电极为负极，则导
线中电流方向为 ，故D正确。
3.微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成
电能的装置。某污水处理厂利用微生物燃料电池处理含铬废水的工
作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.电池工作时 极发生氧化反应
B.与 也可直接反应
C.电池工作一段时间后，右边溶液的
酸性增强
D.极的电极反应式为
√
[解析] 原电池中氢离子向正极移动，由图可知， 极为正极，发生还原反
应，电极反应式为， 与
水反应生成同时生成，若电路中转移 电子，则
有从左池进入右池，而正极反应中消耗 ，综合分析右池
减少，浓度降低； 极为
负极，甲醇发生氧化反应生成二氧化碳，
电极反应式为
。
由分析可知，电池工作时 极发生氧化反应，A正确；
自发的氧化还原反应可以设计成原电池，故 与 也可直接反应，
B正确；
由分析可知，右池 浓度降低，酸性变弱，
C错误；
极为负极，甲醇发生氧化反应生成二氧
化碳，电极反应式为
，D正确。
4.［2024·河北石家庄二十四中高二月考］2023杭州亚运会赛区内使用
氢燃料清洁能源车辆，这种车辆利用原电池原理提供清洁电能，某氢
氧燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确
的是( )
A.电极 为电池的正极
B.电池工作过程中， 向负极迁移
C.电极表面反应为
D.氢氧燃料电池中正极消耗 (标准状况)
气体时，电路中通过的电子为
√
[解析] 由图可知，电极 为负极，电极反应式为，
电极 为正极，电极反应式为 ，据此作答。
电极上氢气失电子，电极 为负极，故A错误；
原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向
正极移动，移向正极，故B错误；
由分析可知，电极 为正极，电极反应式为
，故C正确；
标准状况下 气体的物质的量为，结合
选项C分析可知，正极消耗 ，电路中通过的电子为 ，故D错误。
1.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点，一种以液态
肼 为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为
氧化剂，以 溶液为电解质溶液。关于该电池的叙述正确的是
( )
A. 极发生氧化反应
B. 极为该电池的正极
C.放电时，电流从极经过负载流向 极
D.极的反应式：
√
[解析] 该燃料电池中，通入氧化剂空气的 电极为正极，正极上氧气
得电子发生还原反应，故A错误；
通入燃料的 电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，而该电池环境
为碱性，电极反应式为
，
故B错误、D正确；
放电时电流从正极经过负载流向
负极 ，故C错误。
2.［2024·浙江北斗联盟高二期中］一种天然气报警器的工作原理如图所示，
固体电解质可以传递 ，当甲烷浓度升高时，与空气形成燃料电池触发
报警器。报警器起作用时，下列选项中错误的是( )
A.电极采用多孔结构的目的是更好地
捕获甲烷与空气
B.固体熔融电解质中的 向多孔电
极 移动
C.负极电极反应式为
D.当有 甲烷参与反应时，固体电解质中传递的物质的量为
√
[解析] 多孔结构可增大表面积，更好地捕获甲烷与空气，A正确；
向负极移动，极是负极， 是正极，B错误；
负极上甲烷失电子产生二氧化碳，电极反应式为
，C正确；
当有甲烷参与反应时，电路中
转移，一个 带两个
单位负电荷，所以固体电解质中传递
的物质的量为 ，D正确。
3.原电池是化学对人类的一项重大贡献。
(1)依据反应
设计的原电池如图所示。请回答下列问题：
①电极的材料是____(填化学式)；电解质溶液
是_______溶液。
[解析] 根据总反应的方程式可知，作负极失电子，则电极为 ；
银作正极，溶液中的银离子得电子生成银，则溶液为 溶液。
②导线转移电子时， 片质量减少____ 。
6.4
[解析] 片发生反应：，转移 电子时，
反应消耗 ，铜片质量减少 。
(2)铅酸蓄电池在放电时发生的电池反应为
，负极的电极反应式为
_________________________。
[解析] 作负极，失电子与溶液中的硫酸根离子反应生成硫酸铅，
电极反应式为 。
(3) 电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和
碳，电解液是、 溶液。电池的总反应可表示为
。则该电池正极的电极反应式为
_____________________________________。
[解析] 为还原剂，为氧化剂，负极材料为 ，发生氧化反应，
电极反应式为 ，正极发生还原反应，得失电子数相同
时，用总反应式减去负极反应式可得正极电极反应式为
。
(4)某乙烯熔融盐燃料电池的工作
原理如图所示，则负极的电极反
应式为_______________________
_______________。
[解析] 根据乙烯熔融盐燃料电池工作原理图可知，左侧电极发生氧化
反应，左侧石墨为电池负极，电极反应式为
。
(5)有人将铂片插入 溶液中作电极，并在两极片上分别通入甲烷
和氧气，形成一种燃料电池。在该电池反应中，通入甲烷的铂片上
发生的电极反应为__________________________________。
[解析] 原电池的负极上失电子发生氧化反应，所以通入甲烷的铂片
为原电池的负极；甲烷失电子生成二氧化碳和水，二氧化碳是酸性
氧化物，能和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水，所以该电极上的电极
反应式为 。
4.电化学技术在处理污染气体领域的应用广泛。
(1)利用反应 构成电池的方法，既能实
现有效消除氮氧化物的排放，又能提供电能，装置如图所示。
①电极A的电极反应式为___________
_______________________。
[解析] 根据总反应知中 元素从
价升高到0价，失去电子，因此电
极A为负极，电极反应式为
。
②下列关于该电池的说法正确的是___。
A.电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B.为使电池持续放电，离子交换膜需选用
阴离子交换膜
C.电池工作一段时间，溶液的 不变
D.当有 被处理时，转移电子的
物质的量为
B
[解析] 电极A为负极，电子从左侧电极经负载流向右侧电极，A错误；
电极B为正极，电极反应式为 ，而
负极消耗，为使电池持续供电，正极生成的 必须通过离子交
换膜转移到负极区，故选用阴离子交换膜，B正确；
根据总反应知，反应生成水，会稀释电解质
溶液，因此溶液 会改变，C错误；
利用气体摩尔体积计算时，必须指明温度
与压强，D错误。
(2)以含 的废气为原料，用电化
学方法制取硫酸。装置如图所示。
写出负极的电极反应式：_______
________________________。
[解析] 用制取， 元素化合价升高，失去电子，因此A电
极为负极，电极反应式为 。
(3)一种乙醇燃料电池，使用的电解质溶液是的 溶液。
请写出负极的电极反应式：
_________________________________________ ；每消耗 乙醇，
转移的电子数为_______(设 为阿伏伽德罗常数的值)。
[解析] 乙醇燃料电池中，负极上是燃料乙醇失去电子发生氧化反应，
在碱性环境下，电极反应式为
， 的
物质的量为，转移的电子数为 。
(4)以和为电极， 溶液为电解液组成一种新型电池，
放电时转化为 ，该电池总反应的离子方程式是
_____________________________________________________。
[解析] 以和为电极， 溶液为电解液组成一种新型电
池，放电时 转化为，转化为 ，根据得
失电子守恒和原子守恒配平该电池总反应的离子方程式是
。
练习册
学习任务 化学电源——燃料电池
1.［2024·辽宁沈阳高二月考］货运和
客运车逐步推广新能源汽车，氢燃料
电池有明显的优势，其反应原理如图
所示。下列说法正确的是( )
A.电极 是负极 B.阴离子移向电极
C.离子导体可以选择蔗糖溶液 D.电子由电极沿导线移向电极
√
[解析] 由图可知，通入氢气的电极 为
燃料电池的负极，氢气在负极失电子
发生氧化反应，通入氧气的电极 为正
极，氧气在正极得电子发生还原反应
生成水，电池的总反应为
。
由分析可知，电极 是负极，A正确；
原电池中，阴离子移向负极(电极 )，
B错误；
蔗糖溶液不导电，故离子导体不可以
选择蔗糖溶液，C错误；
电子由负极(电极 )沿导线移向正极
(电极 )，D错误。
2.［2024·北京首都师大附中高二期中］甲烷
燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正
确的是( )
A. 极为正极
B.与 两电极可以同时以石墨作为电极材料
C.工作一段时间后，极附近溶液的 会减小
D. 极的电极反应为
√
[解析] 甲烷燃料电池中通入燃料的 电极为负极，失电子，被氧化，
通入空气的 电极为正极。根据分析，通入的 极为负极，A项错误；
该原电池工作时，正负两电极都只起导电作用，真正参与反应的是正负两极
通入的气体，故与 两电极可以同时以石墨作为电极材料，B项正确；
工作时，电极的电极反应式为 ，生成，
极附近溶液的碱性增强，会增大，C项错误；
极为负极，在溶液中， 发生失电子的氧化反应，被氧化成碳酸根
离子，电极反应为 ，D项错误。
3.［2024·山东潍坊高二月考］新型 燃料电池总反应方
程式为 。下列有关说法中正确的
是( )
A.电池正极区发生氧化反应
B.电池工作时，将电能转化为化学能
C.电池工作时， 得电子
D.电池在工作过程中， 从正极区向负极区迁移
√
[解析] 新型 燃料电池总反应方程式为
，电池工作时，中的 元素从价
降低到价，则 在正极区得电子，发生还原反应，A不正确，C正确；
电池工作时，通过发生氧化还原反应，将化学能转化为电能，B不正确；
电池工作过程中，阳离子向正极移动，则 从负极区向正极区迁移，
D不正确。
4.熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷 电极、多孔陶瓷电解
质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属 电极、金属极板构成的燃料
电池。工作时，该电池的正极反应为 ，
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正、负极的反应速率
B.该类电池的不能用、 等替代
C.该电池工作时，要避免、 的接触
D.放电时，负极反应式为
√
[解析] 该燃料电池中，通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，
负极反应式为 ，正极反应式为
，放电时，电解质中
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
升高温度能加快离子移动，该电池较
高的工作温度加快了正、负极的反应
速率，故A正确；
、 为还原性物质，能在负极发生氧化反应，该类电池的可以用、
等替代，故B错误；
、 混合物在一定条件下可能发生
爆炸，该电池工作时，要避免、
的接触，防止爆炸，产生安全事故，
故C正确；
放电时，氢气失电子发生氧化反应，
负极反应式为 ，故D正确。
5.［2024·湖南长沙高二月考］微生物燃料电池 耦合人工湿地
系统可用于生产、生活废水处理并提供电能，系统内产电微生
物由根沉积物和废水提供，其原理如图所示：
下列有关叙述正确的是( )
A. 系统中电子由A极流向B极
B.A极发生氧化反应
C.若电路中转移，则A极消耗
D.B极反应式为
√
[解析] 由 移向A极可知，A极为正极，B极为负极。
在原电池中，电子由负极极经导线流向正极极 ，A错误；
A极为正极，发生还原反应，B错误；
没有说明是标准状况，无法计算，
C错误；
B极的电极反应式为
，D正确。
6.某期刊报道了一种正在开发中的绿色环保“全氢电池”，有望减少废
旧电池产生的污染，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
( )
A.“全氢电池”工作时，将电能转化为化学能
B.吸附层发生的电极反应：
C.“全氢电池”的总反应：
D.电池工作时移向吸附层，
移向吸附层
√
[解析] 据图可知，电子从左侧电极流出，则左侧电极为负极，右侧电极为
正极。
“全氢电池”工作时，将化学能转化
为电能，故A错误；
吸附层为负极，极附近含有 ，
则电极反应式为
，故B错误；
吸附层 为正极，电极反应式为 ，结合负极电极反应
式，则“全氢电池”的总反应为
，故C正确；
电池工作时 是阳离子，移向正极，
即移向吸附层， 是阴离子，
移向负极，即移向吸附层 ，故D错误。
7.直接过氧化氢燃料电池是一种以 作为燃料和氧化剂的
新型液态燃料电池，能在无氧环境下工作，可作为空间站和水下使
用的电源，其工作原理如图所示(正、负极电极均为石墨电极)。下列
说法错误的是( )
A.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜
B.右侧石墨电极为正极
C.左侧石墨电极的电极反应式为
D.当中间室溶液质量减轻时，左侧产生气体的体积为 (标准状况)
√
[解析] 由图可知，燃料电池工作时，中间室中硫酸根离子通过阴离子交换
膜进入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右室，则左侧电极为负极，碱
性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，右侧电极
为正极，酸性条件下过氧化氢在正极得到电子发生还原反应生成水。
由分析可知，离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜，故A正确；
右侧石墨电极为燃料电池的正极，故B正确；
左侧电极为负极，碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成
氧气和水，电极反应式为 ，故C正确；
硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右
室，则中间室溶液减轻质量为硫酸钾的质量，由得失电子数目守恒可知，
中间室溶液质量减轻 时，左侧产生标准状况下氧气的体积为
，故D错误。
8.［2024·重庆育才中学高二月考］肼 可以用作燃料电池的燃
料，工作原理如图所示，电池工作过程中会有少量 在电极表面
发生自分解反应生成、、 。
下列关于 燃料电池的说法正确的是( )
A.电池工作时化学能完全转化为电能
B.放电过程中， 从左向右移动
C.电池工作时，负极区消耗的与正极区生成的 物质的量相等
D.负极的电极反应式：
√
[解析] 由原电池装置图可知，发生失电子的氧化反应生成 ，发
生得电子的还原反应生成 ，则电池左侧为负极区，右侧为正极区，正
极反应式为 ，负极反应式为
，电池总反应为 ，据此分析解答。
原电池是将化学能直接转化为电能的装置，但电池工作时化学能不可能
完全转化为电能，还将转化为热能等其他形式的能量，A错误；
由分析可知，该电池中左侧为负极区，右侧为正极区，放电过程中，阳离
子 移向正极，即从左向右移动，B错误；
由分析可知，电池工作时，负极区消耗的与正极区生成的 物质
的量相等，C正确；
由分析可知，负极的电极反应式为 ，
D错误。
9.(11分)［2024·四川绵阳高二开学考］ 电池是人类生产和生活中重
要的能量来源。各式各样电池的发明
是化学对人类的一项重大贡献。
按要求回答下列问题。
(1)(6分)燃料电池有节能、超低污染、
噪声低、使用寿命长等优点。
某甲醇燃料电池工作原理如图所示。
电极是电池的____极，
电极反应式为
___________________________。
如果该电池工作时电路中通过
电子，则消耗的
物质的量为_____ 。
负
[解析] 极的原料为甲醇和水，产物为二氧化碳、氢离子，则
为负极，电极反应式为 ，
为正极，电极反应式为
，由负极电极反应式
可知，转移电子时，需要消耗
，则转移电子时，
需要消耗 。
的电极反应式：_______________________________，若过程中产生
，则消耗标准状况下的体积为_____ 。
(2)(5分)一氧化氮-空气质子交换膜
燃料电池将化学能转化为电能的
同时，实现了制硝酸、发电、环
保三位一体的结合，其工作原理
如图所示，写出放电过程中负极
33.6
[解析] 由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为负极，其电
极反应式为 ，当过程中产生
时转移，需要 参与反应，标准状况下
的体积为 。
快速核答案
新课探究
学习任务 化学电源——燃料电池
【课前自主预习】
m>（2）
【知识迁移应用】
例1 B 例2 C 例3 D
课堂评价
1.（1）× （2）× （3）√ （4）× （5）√
2.B 3.C 4.C
练习册
1.A 2.B 3.C 4.B
5.D 6.C 7.D 8.C
9.（1）负
（2） 33.6第3课时 化学电源——燃料电池
◆ 学习任务 化学电源——燃料电池
【课前自主预习】
燃料电池
(1)燃料电池:一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
(2)氢氧燃料电池
电解质溶液 稀硫酸 KOH溶液
负极反应
正极反应
总反应 2H2+O22H2O
(3)燃料电池的优点
①将化学能转化为电能的转化率较高,大大提高了能源的利用率。
②污染物少排放甚至零排放。
(4)燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
(5)燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液,如H2SO4溶液;
②碱性电解质溶液,如KOH溶液;
③熔融氧化物;
④熔融碳酸盐,如熔融K2CO3。
(6)解答燃料电池题目的思维模型
【知识迁移应用】
例1 [2024·广东深圳高二期中] 甲醇燃料电池的结构示意图如图所示,甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应,电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列说法不正确的是 ( )
A.左电极为电池的负极,a处通入的物质是甲醇
B.正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
D.该电池提供1 mol e-,消耗0.25 mol O2
例2 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,下列说法正确的是 ( )
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.放电过程中,KOH物质的量均减小
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1 mol O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
例3 [2024·广东广州高二月考] 固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆-氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是 ( )
A.有O2参加反应的电极a为电池的负极
B.电极b的电极反应式为H2+O2-+2e-H2O
C.电极a的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
D.该电池的总反应式为2H2+O22H2O
[归纳总结] 燃料电池电极反应式的书写
负极为燃料失电子发生氧化反应,正极为助燃剂得电子发生还原反应。
第一步写总反应。烃或烃的含氧衍生物等其他燃料与助燃剂作用生成稳定产物,C通常对应CO2或C。
第二步写正极反应式。
①酸性溶液:O2+4H++4e-2H2O,
②碱性介质:O2+2H2O+4e-4OH-,
③允许O2-存在的高温固体:O2+4e-2O2-,
④熔融碳酸盐:O2+2CO2+4e-2C。
第三步写负极反应式。用总反应减去正极反应式并消去助燃剂等并配平即为负极反应式。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中,H+从正极区向负极区迁移 ( )
(2)氢氧燃料电池可将热能直接转化为电能 ( )
(3)氢氧燃料电池工作时氧气在正极被还原 ( )
(4)燃料电池在常温下无法反应 ( )
(5)燃料电池中,燃料在负极发生氧化反应,氧气在正极发生还原反应 ( )
2.[2024·江苏扬州高二期中] 氨气是一种重要的化工原料,工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1,将上述合成氨反应设计成燃料电池,工作原理如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.a电极为正极,发生还原反应
B.A溶液中所含溶质为NH4Cl,可用蒸发结晶的方法分离出A
C.a电极发生的反应为N2+8H++6e-2N
D.导线中电流方向为a→b
3.微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。某污水处理厂利用微生物燃料电池处理含铬废水的工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.电池工作时a极发生氧化反应
B.CH3OH与Cr2也可直接反应
C.电池工作一段时间后,右边溶液的酸性增强
D.a极的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
4.[2024·河北石家庄二十四中高二月考] 2023杭州亚运会赛区内使用氢燃料清洁能源车辆,这种车辆利用原电池原理提供清洁电能,某氢氧燃料电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.电极a为电池的正极
B.电池工作过程中,K+向负极迁移
C.电极b表面反应为O2+2H2O+4e-4OH-
D.氢氧燃料电池中正极消耗22.4 L(标准状况)气体时,电路中通过的电子为2 mol
