大单元四 选择题突破(一) 燃料电池-【优化探究】2026年高考化学二轮专题复习配套课件（双选版）

选择题突破(一)　燃料电池 优化探究 大单元四　电化学 提炼　核心知识 精研　高考真题 强化 关键能力 2 提炼　核心知识 3 提炼　核心知识 1.在酸性电池中,电极反应用H+平衡电荷,不能出现OH-。负极生成H+,正极消耗H+。 以CH4燃料电池为例(电解液为H2SO4溶液),写出电极反应。 负极: 。 正极:O2+4e-+4H+===2H2O。 电池总反应: 。 CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+ CH4+2O2===CO2+2H2O 4 2.在碱性电池中,电极反应用OH-平衡电荷,不能出现H+、CO2(应为C)。负极消耗OH-,正极生成OH-。 以CH4燃料电池为例(电解液为KOH溶液),写出电极反应。 负极: 。 正极:O2+4e-+2H2O===4OH-。 电池总反应: 。 CH4+10OH--8e-===7H2O+C CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O 5 3.熔融碳酸盐燃料电池(C平衡电荷) 负极:燃料失去电子,生成CO2。 正极:氧气得到电子,生成C。 以CH4燃料电池为例,电极反应如下。 负极:CH4+4C-8e-===5CO2+2H2O。 正极:O2+2CO2+4e-===2C。 6 4.固态氧化物燃料电池(O2-平衡电荷) 以CH4燃料电池为例,电极反应如下。 负极:CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O。 正极:O2+4e-===2O2-。 7 5.微生物燃料电池 微生物(或酶)燃料电池是指在微生物的作用下(类似催化作用),将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示: 8 (1)微生物有利于有机物的氧化反应,促进了反应中电子的转移。 (2)有机物在负极失去电子,负极反应中有CO2生成,同时生成H+(如葡萄糖在负极发生反应:C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+),H+通过质子交换膜从负极区移向正极区。 9 精研　高考真题 10 精研　高考真题 1.(2025·北京卷)用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池,重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序依次完成实验。 实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/V 关系 ⅰ 石墨1 石墨2 a a>d>c>b>0 ⅱ 石墨1 新石墨 b ⅲ 新石墨 石墨2 c ⅳ 石墨1 石墨2 d 11 下列分析不正确的是(　　) A.a>0,说明实验ⅰ中形成原电池,反应为2H2+O2===2H2O B.b<d,是因为ⅱ中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂 C.c>0,说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应 D.d>c,是因为电极Ⅰ上吸附H2的量:ⅳ>ⅲ D 12 解析:按照图1电解Na2SO4溶液,石墨1为阳极,发生反应2H2O-4e-===O2↑+4H+,石墨1会吸附少量氧气;石墨2为阴极,发生反应2H2O+2e-===H2↑+2OH-,石墨2会吸附少量氢气;图2中电极Ⅰ为正极,氧气发生还原反应,电极Ⅱ为负极。A.由分析可知,石墨1会吸附少量氧气,石墨2会吸附少量氢气,实验ⅰ会形成原电池,a>0,反应为2H2+O2===2H2O,A正确;B.因为实验ⅱ中电极Ⅱ为新石墨,没有吸附H2,缺少H2作为还原剂,故导致b<d,B正确;C.图2中,电极Ⅰ发生还原反应,实验ⅲ中新石墨可能含有空气中的少量氧气,c>0,说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应,C正确;D.实验ⅲ与实验ⅳ中电极Ⅰ不同,d>c,是因为电极Ⅰ上吸附O2的量:ⅳ>ⅲ,D错误。 13 2.(2025·广东卷)某理论研究认为:燃料电池(图b)的电极Ⅰ和Ⅱ上所发生反应的催化机理示意图分别如图a和图c,其中O2获得第一个电子的过程最慢。由此可知,理论上(　　) A.负极反应的催化剂是ⅰ B.图a中,ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最低 C.电池工作过程中,负极室的溶液质量保持不变 D.相同时间内,电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环 完成次数相同 C 14 解析:该燃料电池为氢氧燃料电池,由图可知该原电池的电解质溶液为酸性,氢气发生氧化反应,作负极,电极反应式为H2-2e-===2H+;氧气发生还原反应,作正极,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O。A.由分析可知,氧气发生还原反应,作正极,正极反应的催化剂是ⅰ,A错误;B.图a中,ⅰ到ⅱ过程为O2获得第一个电子的过程,根据题中信息,O2获得第一个电子的过程最慢,则ⅰ到ⅱ过程的活化能一定最高,B错误;C.氢气发生氧化反应,作负极,电极反应式为H2-2e-===2H+,同时,反应负极每失去1个电子,就会有一个H+通过质子交换膜进入正极室,故电池工作过程中,负极室的溶液质量保持不变,C正确;D.由图a、c可知,氧气催化循环一次需要转移4个电子,氢气催化循环一次需要转移2个电子,相同时间内,电极Ⅰ和电极Ⅱ上的催化循环完成次数不相同,D错误。 15 3.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时,下列叙述错误的是(　　) A.电池总反应为2C6H12O6+O2===2C6H12O7 B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C.消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入 D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a C 16 解析:由题中信息可知,当电池开始工作时,a电极为电池正极,血液中的O2在a电极上得电子生成OH-,电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-;b电极为电池负极,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,电极反应为Cu2O-2e-+2OH-===2CuO+H2O,然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,则电池总反应为2C6H12O6+O2===2C6H12O7,A正确;b电极上葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸,CuO被还原为Cu2O,Cu2O在b电极上失电子转化成CuO,在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变,因此,CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据反应2C6H12O6+O2===2C6H12O7可知,1 mol C6H12O6参加反应时转移2 mol电子,18 mg C6H12O6的物质的量为0.1 mmol,则消耗18 mg葡萄糖时,理论上a电极有0.2 mmol电子流入,C错误;原电池中阳离子从负极移向正极,故Na+的迁移方向为b→a,D正确。 17 强化 关键能力 强化 关键能力 1.(2025·山东名校大联考4月联合检测)二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,其装置示意图如图所示。 下列说法错误的是(　　) A.电池工作时,质子由a极移向b极 B.b为电池正极 C.a极反应式为SO2-2e-+H2O===S+2H+ D.理论上每吸收1 mol SO2,b电极消耗的O2的体积为11.2 L(标准状况) C 19 解析:由图可知,电极a为燃料电池的负极,水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子,电极b为正极,酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水。A.由分析可知,电极a为燃料电池的负极,电极b为正极,则电池工作时,质子由a极移向b极,故A正确;B.由分析可知,电极a为燃料电池的负极,电极b为正极,故B正确;C.由分析可知,电极a为燃料电池的负极,水分子作用下二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子,电极反应式为SO2-2e-+2H2O=== S+4H+,故C错误;D.由得失电子数目守恒可知,理论上每吸收1 mol二氧化硫,标准状况下b电极消耗氧气的体积为1 mol××22.4 L/mol=11.2 L,故D正确。 2.(双选)一种NO-空气酸性燃料电池的工作原理如图所示。电池工作时,下列说法正确的是(　　) A.H+通过质子交换膜从左侧向右侧多孔石墨棒移动 B.若产生1 mol HNO3,则理论上需通入11.2 L O2 C.负极的电极反应为NO-3e-+2H2O===N+4H+ D.电子的流动方向为从负极经电解质溶液流向正极 AC 解析:阳离子H+通过质子交换膜向正极定向移动,即从左侧向右侧多孔石墨棒移动,故A正确;题中未明确交代是否为标准状况,所以无法计算产生 1 mol HNO3理论上需通入氧气的体积,故B错误;负极为NO发生氧化反应生成硝酸,其电极反应为NO-3e-+2H2O===N+4H+,故C正确;电子的流动方向应为从负极经导线流入正极,电子不经过电解质溶液,故D错误。 3.(双选)为了保护环境、充分利用铅资源,科学家设计了如图的H2-铅化合物燃料电池实现铅单质的回收。 下列有关说法错误的是(　　) A.正极区溶液pH升高,负极区溶液pH降低 B.电子流向:电极a→负载→电极b C.正极区电极反应为HPb+H2O+2e-===Pb↓+3OH- D.为了提高Pb的回收率,离子交换膜为阴离子交换膜 BD 解析:该装置为H2-铅化合物燃料电池,通入燃料氢气的电极b为负极,发生失电子的氧化反应,则电极a为正极,发生得电子的还原反应。根据分析,负极氢气失电子产生氢离子,消耗氢氧根离子,负极区溶液pH降低,正极产生氢氧根离子,正极区溶液pH升高,A正确;根据分析,电极b为负极,电极a为正极,电子流向:电极b→负载→电极a,B错误;根据题干信息可知,通过该电化学装置实现铅单质的回收,正极区电极反应为HPb+H2O+2e-=== Pb↓+3OH-,C正确;离子交换膜应使用阳离子交换膜,防止HPb移动至右侧溶液中,不利于Pb的回收,D错误。 $