专题1 第二单元 第3课时 燃料电池-【金版新学案】2025-2026学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

本讲义聚焦燃料电池工作原理这一核心知识点，先以氢氧燃料电池为基础，系统梳理其在酸性、碱性、熔融盐及固体氧化物等不同电解质中的电极反应与总反应，再通过对比表格归纳规律，进而扩展到甲烷、乙醇等其他燃料电池的电极反应书写，构建从具体到一般的学习支架。 资料设计突出科学探究与实践，包含制作简单燃料电池的实验活动，结合不同电解质下电极反应的分类对比，培养学生模型建构与证据推理的科学思维。课中助力教师通过实验演示与例题解析提升教学效果，课后学生可借助练习题与总结表格回顾知识，弥补理解盲点。

第3课时　燃料电池 [学习目标]　1.理解常见的氢氧燃料电池工作原理及其应用。2.能在氢氧燃料电池的基础上分析其他燃料电池的工作原理并会书写电极反应式。 任务一　氢氧燃料电池 1.燃料电池 (1)概念：燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼(N2H4)、氨等都可以作为燃料。 (2)特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池。 (3)优点：①工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能；②能量转换率高，有利于节约能源；③排放的废弃物少，绿色环保。 2.氢氧燃料电池的工作原理(电解液为KOH溶液) 氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气分别在两极发生氧化反应和还原反应。 负极：2H2－4e－＋4OH－4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－4OH－ 电池反应：2H2＋O22H2O 3.基础实验——制作简单的燃料电池 (1)实验步骤 ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查气密性，标记橡胶塞底部到达的位置； ②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近橡胶塞底部标记的位置为宜； ③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的液柱接近溢出时，切断学生电源； ④取出时钟内的干电池，将导线与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。 (2)实验现象 ①接通学生电源，两个石墨棒上都有气泡产生，U形管内液面下降，玻璃管液面上升。 ②连接时钟，时钟指针又开始走动。 (3)判断燃料电池中正、负极的方法 接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是H2，该电极为燃料电池的负极；另外一个电极产生的是O2，该电极为燃料电池的正极。 学生用书⬇第21页 [交流研讨]　正误判断 (1)燃料电池所有能量均转化为电能 (×) (2)燃料电池中通入燃料的一极为正极 (×) (3)燃料电池电极材料本身不参与化学反应 (√) 4.如图为氢氧燃料电池工作原理示意图 写出该电池的电极反应式： (1)负极：2H2＋4OH——4e－4H2O； (2)正极：O2＋2H2O＋4e－4OH－。 1.上海世博会新能源车展中介绍了多种新型电池，推动社会发展历程。下图是质子交换膜燃料电池工作原理，下列叙述正确的是(　　) A.通入氧气的电极发生氧化反应 B.总反应式为O2＋2H22H2O C.通入氢气的电极为正极 D.正极反应式为O2＋4H＋＋4e－2H2O 答案：D 解析：由图可知，通入氧气的电极为燃料电池的正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－2H2O，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，电极反应式为H2－2e－2H＋，电池总反应为O2＋2H22H2O。由分析可知，通入氧气的电极为燃料电池的正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，故A错误；由分析可知，燃料电池的总反应为O2＋2H22H2O，电池工作时无需点燃条件，故B错误；由分析可知，通入氢气的电极为负极，故C错误；由分析可知，通入氧气的电极为燃料电池的正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－2H2O，故D正确。 2.氢氧燃料固体电池(传导H＋固体电解质)如图所示，回答下列问题： 负极反应式为　　　　　　　， 正极反应式为　　　　　　　。 电池总反应为　　　　　　　。 答案：H2－2e－2H＋　 O2＋4e－＋4H＋2H2O　2H2＋O22H2O 解析：根据题意，该装置为氢氧燃料电池，燃料电池中通入燃料的一极为负极，通入氧气(或空气)的一极为正极，结合图示，通入氢气的Pt电极为负极，通入氧气的Pt电极为正极，据此分析解答。 结合分析，H2是负极反应物，负极反应式为H2－2e－2H＋；O2是正极反应物，负极产生的H＋移向正极，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，正极和负极电极反应式加和，电池总反应为2H2＋O22H2O。 常见的四种类型的氢氧燃料电池 名称 电解质 电极反应和总反应 A.酸性氢氧燃料电池 H2SO4 负极：2H2－4e－4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－2H2O 总反应：2H2＋O22H2O 续表 名称 电解质 电极反应和总反应 B.碱性氢氧燃料电池 KOH 负极：2H2－4e－＋4OH－4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－4OH－ 总反应：2H2＋O22H2O C.熔融盐氢氧燃料电池 熔融碳酸盐 负极：2H2－4e－＋2C2CO2＋2H2O 正极：2CO2＋4e－＋O22C 总反应：2H2＋O22H2O D.固体氧化物燃料电池 固体氧化物 负极：2H2－4e－＋2O2－2H2O 正极：O2＋4e－2O2－ 总反应：2H2＋O22H2O 学生用书⬇第22页 任务二　其他燃料电池 燃料电池电极反应式的书写方法 (1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法： (2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。 由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同， 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－2H2O； 碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－4OH－； 固体电解质(高温下能传导O2－)： O2＋4e－2O2－； 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)： O2＋2CO2＋4e－2C。 1.燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。 2.书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在反应式中。 3.燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。 [交流研讨]　从理论上讲，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，如甲烷、乙醇、肼(N2H4)等。请写出乙醇燃料电池的电极反应，电解质溶液分别为KOH溶液和稀硫酸。 提示：(1)电解质溶液：KOH溶液 正极：3O2＋6H2O＋12e－12OH－； 负极：C2H5OH＋16OH——12e－2C＋11H2O； 总反应式：C2H5OH＋3O2＋4OH－2C＋5H2O。 (2)电解质溶液：稀硫酸 正极：3O2＋12H＋＋12e－6H2O； 负极：C2H5OH＋3H2O－12e－2CO2↑＋12H＋； 总反应式：C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O。 1.我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是(　　) A.物质A可以是硫酸氢钾 B.左侧为电池负极，HCOO－发生氧化反应生成HC C.该燃料电池的总反应为 2HCOOH＋O2＋2OH－2HC＋2H2O D.右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，左侧有1 mol K＋通过半透膜移向右侧 答案：D 解析：HCOOH碱性燃料电池中，左侧电极HCOO－失去电子生成HC，所在电极为负极，电极反应式为HCOO－＋2OH——2e－HC＋H2O，B正确；由图可知，原电池工作时K＋通过半透膜移向正极(右侧)，右侧电极反应为Fe3＋＋e－Fe2＋，从装置中分离出的物质为K2SO4，放电过程中需补充的物质A是H2SO4或硫酸氢钾，A正确；右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，其物质的量是0.5 mol，转移2 mol电子，左侧有2 mol K＋通过半透膜移向右侧，D错误。 2.法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池，其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O(酸性环境)。下列有关该电池的说法不正确的是(　　) A.该生物燃料电池不可以在高温下工作 B.电池的负极反应为 C6H12O6＋6H2O－24e－6CO2↑＋24H＋ C.消耗1 mol氧气时转移4 mol e－，H＋向负极移动 D.今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率，从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能 答案：C 解析：大部分酶属于蛋白质，在高温下会发生变性，失去生理活性，所以该生物燃料电池不可以在高温下工作，故A正确；葡萄糖生物燃料电池中葡萄糖在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳，其电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－6CO2↑＋24H＋，故B正确；氧气在正极得电子，其电极方程式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，消耗1 mol氧气则转移4 mol e－，在溶液中阳离子向正极移动，所以H＋会向正极移动，故C错误；提高葡萄糖生物燃料电池的效率，能提高葡萄糖的能量利用率，向外提供更多的电量，故D正确。 学生用书⬇第23页 3.(1)利用原电池检测CO的原理如图所示，完成下列问题： 负极反应式为　　　　　　　， 正极反应式为　　　　　　　。 电池总反应为　　　　　　　。 (2)废气中NH3的发电原理如图所示，完成下列问题： 负极反应式为　　　　　　　， 正极反应式为　　　　　　　。 电池总反应为　　　　　　　。 答案：(1)CO－2e－＋O2－CO2　 O2＋4e－2O2－　2CO＋O22CO2 (2)2NH3－6e－＋3O2－N2＋3H2O　 O2＋4e－2O2－　4NH3＋3O22N2＋6H2O 解析：(1)CO为还原剂，在负极发生氧化反应，负极反应式为CO－2e－＋O2－CO2；O2为氧化剂，在正极发生还原反应，正极反应式为O2＋4e－2O2－，电池总反应为2CO＋O22CO2。(2)NH3为还原剂，在负极发生氧化反应，负极反应式为2NH3－6e－＋3O2－N2＋3H2O，O2为氧化剂，在正极发生还原反应，正极反应式为O2＋4e－2O2－，电池总反应为4NH3＋3O22N2＋6H2O。 1.以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　) A.电子由a极经外电路流向b极 B.电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大 C.b极的电极反应式： O2＋4e－＋4H＋2H2O D.若将H2改为等物质的量的CH4，O2的用量增多 答案：B 解析：通H2一极为负极，通氧气一极为正极，即a极为负极，b极为正极，根据原电池工作原理，电子由负极a经外电路流向正极b，故A正确；氢氧燃料电池总反应是2H2＋O22H2O，产生H2O，稀释硫酸，硫酸浓度降低，故B错误；通入氧气的一极为原电池的正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－2H2O，故C正确；将H2改为等物质的量CH4，则转移电子数增大，所以O2的用量增多，故D正确。 2.水体中氨氮含量过高会造成水体富营养化。利用微生物燃料电池可以对废水中氨氮进行处理的装置如图，两极材料均为石墨棒，下列说法正确的是(　　) A.a极表面发生还原反应 B.工作时H＋通过质子交换膜移向左室 C.标准状况下，每转移3 mol电子，负极生成11.2 L N2，且左室pH降低 D.正极电极反应式为2N＋10e－＋6H2ON2↑＋12OH－ 答案：C 解析：a极是铵根化合价升高，失去电子得到氮气，因此a极表面发生氧化反应，故A错误；根据前面A选项分析a极为负极，b极为正极，该燃料电池为原电池，根据原电池“同性相吸”，则工作时H＋通过质子交换膜移向右室，故B错误；根据a极电极反应式2N－6e－N2↑＋8H＋，标准状况下，每转移3 mol电子，负极生成11.2 L N2，氢离子浓度增大，左室pH降低，故C正确；正极电极反应式为2N＋10e－＋12H＋N2↑＋6H2O，故D错误。 3.全国各地严查酒驾，一种酸性燃料电池酒精检测仪如图所示，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是(　　) A.电子由呼气所在的铂电极流出 B.微处理器可以通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量 C.该电池的负极反应式为CH3CH2OH＋H2O－4e－CH3COOH＋4H＋ D.O2所在的铂电极为电源负极 答案：D 解析：酸性燃料电池酒精检测仪中，呼出的气体中含有乙醇，在负极上失去电子，发生氧化反应，电极反应式为CH3CH2OH＋H2O－4e－CH3COOH＋4H＋，正极为通入氧气一极，电极反应式为4H＋＋2e－＋O22H2O，据此分析回答。由分析知，呼气所在的铂电极为负极，电子由负极流出，A正确；通过微处理器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含量，B正确；由分析知，该电池的负极反应式为CH3CH2OH＋H2O－4e－CH3COOH＋4H＋，C正确；由分析知，O2所在的铂电极为电源正极，D错误。 4.以N2与H2为反应物、溶有A的盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，其原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.电流从通H2的电极流向通入N2的电极 B.A为NH4Cl C.反应过程中右边区域溶液的c(H＋)减小 D.通N2一极的电极反应为 N2＋8H＋－6e－2N 答案：B 解析：原电池工作时电流由正极流向负极，则电流从通入N2的电极流向通入H2的电极，A项错误；根据分析，A为NH4Cl，B项正确；反应过程中右边区域的电极反应为H2－2e－2H＋，右边区域溶液中H＋的浓度增大，C项错误；通入N2一极的电极反应为N2＋6e－＋8H＋2N，D项错误。 5.中国科学院应用化学研究所在甲醚(CH3OCH3)燃料电池技术方面获得新突破。甲醚燃料电池的工作原理如图所示： 学生用书⬇第24页 (1)甲醚由　　　　(填“b”或“c”)通入。 (2)该电池负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。 (3)工作一段时间后，当9.2 g的甲醚完全反应时，有　　　　mol电子转移。 答案：(1)b (2)CH3OCH3－12e－＋3H2O2CO2＋12H＋ (3)2.4 解析：(1)燃料电池中，通入燃料的电极是负极，负极上甲醚失电子在酸性条件下产生CO2，原电池中阳离子H＋定向移动至正极，则甲醚由b通入。(2)该电池负极甲醚失电子产生二氧化碳和水，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O2CO2＋12H＋。(3)根据电极反应CH3OCH3－12e－＋3H2O2CO2＋12H＋，工作一段时间后，当9.2 g的甲醚(0.2 mol)完全反应时，有2.4 mol电子转移。 课时测评6　燃料电池 (时间：45分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1－9题，每小题3分，共27分。 题点1　常见燃料电池的分析应用 1.2025哈尔滨亚冬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＋4e－＋2H2O4OH－ D.氢氧燃料电池中正极消耗22.4 L(标准状况)气体时，电路中通过的电子数目为2NA 答案：C 解析：由图可知，电极a为负极，电极反应式为H2－2e－＋2OH－2H2O，电极b为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O4OH－，据此作答。电极a上氢元素失电子价态升高，故电极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＋4e－＋2H2O4OH－，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氧气，电路中通过的电子数目为4NA，故D错误。 2.某氢氧燃料电池的结构如图所示，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动，下列相关说法正确的是(　　) A.氧气由多孔电极b处通入 B.当转移0.4 mol电子时，消耗2.24 L O2 C.氢气端的电极反应式为H2－2e－＋O2－H2O D.在固体介质NASICON中，O2－由多孔电极b向多孔电极a移动 答案：C 解析：原电池中电子从负极流出经过导线到正极，据此可知多孔电极a为正极，发生的电极反应式为O2＋4e－2O2－，多孔电极b为负极，发生的电极反应式为H2－2e－＋O2－H2O，据此作答。氧气在由多孔电极a处通入，发生还原反应，A错误；未说明O2所处的具体状态，不能计算出其具体体积，B错误；根据分析可知多孔电极b为负极，发生的反应式为H2－2e－＋O2－H2O，C正确；原电池中阴离子O2－在正极产生，移动到负极，因此O2－由多孔电极a向电极b移动，D错误。 3.如图是甲醇燃料电池的结构示意图，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－，消耗氧气0.25 mol 答案：B 解析：负极反应式为2CH3OH－12e－＋2H2O2CO2＋12H＋，正极反应式为3O2＋12e－＋12H＋6H2O；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为1× mol＝0.25 mol。 4.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图。有关该电池的说法正确的是(　　) A.反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上的电极反应为H2＋2OH——2e－2H2O C.电池工作时，C向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－2C 答案：D 解析：A项，由碳元素化合价变化可知，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子；B项，电极A为负极，电极反应为H2＋CO＋2C－4e－H2O＋3CO2；C项，电池工作时，C向电极A移动；D项，电极B是正极，电极反应为O2＋2CO2＋4e－2C。 5.乙烯催化氧化成乙醛的反应可设计成如图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应为2CH2CH2＋O22CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　) A.a电极发生还原反应 B.放电时，每转移2 mol电子，理论上需要消耗28 g乙烯 C.b极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O4OH－ D.电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b 答案：B 解析：由题图可知，a电极通入乙烯，为负极，放电时乙烯发生氧化反应生成乙醛，A项错误；负极反应式为CH2CH2＋H2O－2e－CH3CHO＋2H＋，每转移2 mol电子，理论上消耗1 mol乙烯，故B正确；电解质溶液显酸性，b电极通入氧气，放电后生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，C项错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，D项错误。 题点2　新型燃料电池的分析应用 6.一种高性能的直接硼氢燃料电池如图所示，其总反应为B＋2O2B＋2H2O。该电池工作时，下列说法正确的是(　　) A.电子由Pt电极经外电路、石墨电极、NaOH溶液回到Pt电极 B.负极反应式为 B－8e－＋8OH－B＋6H2O C.OH－透过阴离子交换膜向石墨电极迁移 D.外电路通过0.4 mol电子时，有2.24 L O2在石墨电极上参与反应 答案：B 解析：在外电路中，电子由负极Pt电极经导线流向正极石墨电极，而在内电路中离子定向移动，电子不能进入到电解质溶液中，A错误；依据装置图可知Pt电极为负极，负极上B失去电子被氧化变为B，由于电解质溶液显碱性，含有大量的OH－，故负极的电极反应式为B－8e－＋8OH－B＋6H2O，B正确；溶液中的阴离子OH－应该向正电荷较多的负极(Pt)迁移，C错误；没有指明氧气是否是“标准状况”，因此不能进行有关计算，D错误。 7.某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极经质子交换膜流向a极 B.a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－7CO2＋32H＋ C.a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的N的物质的量之比为5∶32 D.该电池装置在加热条件下工作效率会更高 答案：C 解析：在b极硝酸根离子中氮元素化合价由＋5价降低为0价，则该电极为正极，a极为负极，电子由a极经导线流向b极，H＋移向正极，即b极，A错误；a极为负极，电极反应式为C6H5CHO＋13H2O－32e－7CO2＋32H＋，B错误；b极为正极，1个硝酸根离子转移5个电子，a极1个C6H5CHO转移32个电子，根据两个电极转移电子数相等得到a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的N的物质的量之比为5∶32，C正确；加热时微生物会变性，效率会降低，D错误。 8.化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示，下列有关描述正确的是(　　) A.电池工作时H＋移向负极 B.该电池用的电解质溶液是KOH溶液 C.甲电极反应式：CO(NH2)2＋H2O－6e－CO2＋N2＋6H＋ D.电池工作时，理论上每净化1 mol CO(NH2)2，消耗33.6 L O2 答案：C 解析：原电池中阳离子向正极移动，则电池工作时H＋移向正极，A错误；该原电池是酸性电解质，质子交换膜只允许氢离子通过，电解质溶液不是KOH溶液，B错误；负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气，则负极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－CO2＋N2＋6H＋，C正确；未指明气体是否是“标准状况”，无法准确计算氧气的体积，D错误。 9.由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是(　　) A.石墨Ⅰ极为正极，石墨Ⅱ极为负极 B.Y的化学式为N2O5 C.石墨Ⅰ极的电极反应式为2NO2－2e－＋H2ON2O5＋2H＋ D.石墨Ⅱ极上发生氧化反应 答案：B 解析：燃料电池中通氧气的为正极，通燃料的为负极，则石墨Ⅰ极为负极，石墨Ⅱ极为正极，故A错误；NO2中氮元素的化合价为＋4价，反应后N元素化合价升高，且Y为氧化物，所以Y的化学式为N2O5，故B正确；负极上NO2失电子生成N2O5，则石墨Ⅰ极的电极反应式为NO2＋N－e－N2O5，故C错误；石墨Ⅱ极为氧气得电子发生还原反应，故D错误。 10.(15分)生物电池具有工作时不发热、不损坏电极等优点，不但可以节约大量金属，而且寿命比化学电源长的多，因此越来越受到人们的青睐。某生物电池以葡萄糖(C6H12O6)作原料，在酶的作用下被氧化为葡萄糖酸(C6H12O7)，其工作原理如图所示。 (1)电极b为　　　　(填“正极”或“负极”)，电极a的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。 (2)该生物电池中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　，当有2 mol H＋通过质子交换膜时，理论上需要标准状况下氧气的体积为　　　　　 L。 (3)该电池　　　　(填“能”或“不能”)在高温条件下使用，原因是　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)正极　 C6H12O6＋H2O－2e－C6H12O7＋2H＋ (2)2C6H12O6＋O22C6H12O7　11.2 (3)不能　酶在高温条件下会发生变性，失去催化活性 解析：(1)电极b为正极，电极a为负极，负极上是葡萄糖在酶的作用下被氧化为葡萄糖酸(C6H12O7)，电极反应式为C6H12O6＋H2O－2e－C6H12O7＋2H＋。(2)根据图示，葡萄糖(C6H12O6)在酶的作用下被氧化为葡萄糖酸(C6H12O7)，氧气被还原为水，正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋2H2O，该生物电池中发生反应的化学方程式为2C6H12O6＋O22C6H12O7。当有2 mol H＋通过质子交换膜时，理论上正极消耗0.5 mol氧气，需要标准状况下氧气的体积为0.5 mol×22.4 L·mol－1 ＝11.2 L。(3)酶的主要成分为蛋白质，在高温下，蛋白质会发生变性，失去催化活性，因此该电池不能在高温条件下使用。 11.(18分)空军通信卫星电源是以硼氢化合物NaBH4(B元素为＋3价)和H2O2为原料的燃料电池，电极材料均采用Pt，其工作原理如图所示。回答下列问题： (1)该燃料电池能量转化的主要形式是　　　　　　　　　　，外电路中电子的流动方向为　　　(填标号)。 ①电极a→用电器→电极b；②电极b→用电器→电极a；③电极a→离子交换膜→电极b；④电极b→离子交换膜→电极a。 (2)电极a上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。 (3)图中离子交换膜为　　　　(填“阴”或“阳”)离子交换膜，电池工作时，Na＋往　　　　(填“电极a”或“电极b”)方向迁移。 (4)每生成0.01 mol OH－，转移的电子数为　　　NA，需要H2O2溶液(质量分数为2％)的质量为　　　　 g。 (5)若用LiAlH4代替NaBH4进行上述反应，则该电池的总反应为　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)化学能转化为电能　① (2)B＋8OH——8e－B＋6H2O (3)阳　电极b 　(4)0.01　8.5 (5)LiAlH4＋4H2O2LiAlO2＋6H2O 解析：(1)燃料电池根据原电池的原理设计，所以能量转化的主要形式是化学能转化为电能，电子流向为电极a→用电器→电极b。(2)电极a为负极，B失去电子，生成了B，电极反应式为B＋8OH——8e－B＋6H2O。(3)图中钠离子可通过离子交换膜，所以离子交换膜为阳离子交换膜，电池工作时，阳离子向正极移动，所以Na＋往电极b方向迁移。(4)正极的电极反应为H2O2＋2e－2OH－，所以产生0.01 mol OH－，转移的电子数为0.01 NA，需要H2O2的物质的量为0.005 mol，H2O2溶液质量为 g＝8.5 g。(5)若用LiAlH4代替NaBH4进行上述反应，LiAlH4失电子，作负极，生成了LiAlO2；H2O2得电子，作正极，该电池的总反应为LiAlH4＋4H2O2LiAlO2＋6H2O。 学科网（北京）股份有限公司 $