第1章 微专题2 构建燃料电池电极反应式书写的模板-（配套教参）【精讲精练】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（鲁科版）

本高中化学讲义聚焦燃料电池电极反应式书写核心知识点，从乙醇碱性燃料电池实例出发，构建确定生成物、价态与电子转移、列表达式、配平四步书写模板，再迁移应用于甲烷在酸性、碱性等不同介质中的反应式书写，形成“实例-模型-迁移-应用”的学习支架。 该资料通过“四步模板”培养学生科学思维中的模型建构能力，迁移应用环节对比不同介质提升分析综合能力，练习题结合微生物电池、废气处理等真实情境落实科学探究与实践。课中辅助教师引导学生建模，课后助力学生通过迁移练习查漏补缺。

[对应学生用书P27] [学科素养]　1.能正确书写燃料电池电极反应和电池反应方程式，建立认知模型，并能熟练的运用模型。2.体会提高燃料的效率、研制新型电池的重要性。 　写出乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式。 [书写模板] 第一步：确定生成物 乙醇燃烧生成CO2和H2O，其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O，故生成物为CO和H2O。 第二步：确定价态的变化及转移电子数 乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为－2价，CO中碳元素的化合价为＋4价，故1 mol乙醇完全反应失去2×[4－(－2)]＝12 mol电子。 第三步：列出表达式 C2H5OH＋OH－－12e－―→CO＋H2O。 第四步：确定电极反应式中各物质的系数 由碳原子守恒确定CO的系数为2，由电荷守恒确定OH－的系数为16(注：失去12个电子，相当于带12个单位正电荷)，再由氢原子守恒确定H2O的系数为11，故负极反应为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。 [答案]　C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O 电池的负极发生氧化的物质一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气或空气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别，根据电荷守恒来配平电极反应式。　 [迁移应用] 以甲烷燃料电池为例来分析不同环境下电极反应式的书写。 1．酸性介质(如H2SO4) 负极：___________________________________________________________________。 正极：___________________________________________________________________。 总反应式：________________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2．碱性介质(如KOH) 负极：___________________________________________________________________。 正极：____________________________________________________________________。 总反应式：________________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O 3．固体电解质(高温下能传导O2－) 负极：____________________________________________________________________。 正极：___________________________________________________________________。 总反应式：________________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋2O2===CO2＋2H2O 4．熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下 负极：____________________________________________________________________。 正极：____________________________________________________________________。 总反应式：_______________________________________________________________。 答案　CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 2O2＋8e－＋4CO2===4CO CH4＋2O2===CO2＋2H2O 1．下列化学电源的电极反应式书写错误的是(　　) A．NO­空气燃料电池的负极反应式：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋ B．充电时，铅酸蓄电池阳极的电极反应：Pb2＋－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋ C．碱性锌锰电池负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 D．锂离子电池放电时正极的电极反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4 解析　B　充电时铅酸蓄电池阳极(氧化反应)，放电时正极生成的PbSO4需失电子恢复为PbO2，正确反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，B错误；故选B。 2．在微生物作用下，可将废水中有机物的化学能直接转化为电能，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．M为原电池正极 B．电子流动方向：N→Y→X→M C．N电极反应式：2NO＋4H＋＋4e－===N2↑＋2H2O D．废水的温度越高，该装置处理废水的效率也越高 解析　C　根据图中N电极的转化关系：由NO→N2，化合价降低，得到电子，在正极反应，则N电极为正极，电极反应式为：2NO＋4e－＋4H＋===N2↑＋2H2O；则M极为负极，有机废水失去电子被氧化，A错误，C正确；电子流动方向由负极沿外电路流向正极，即由M→X→Y→N，B错误；该装置使用微生物进行生物催化，温度过高则会导致微生物失去活性，催化效率减弱，反而降低了处理废水的效率，D错误；故选C。 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______________________________________________________________。 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＋O2===2CO2。(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＋3O2===2N2＋6H2O。 答案　(1)CO－2e－＋O2－===CO2　O2＋4e－===2O2－　2CO＋O2===2CO2 (2)2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O　O2＋4e－===2O2－　4NH3＋3O2===2N2＋6H2O 4．(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： ①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为________________________________________________________________________。 ②电池工作一段时间后电解质溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式： 负极反应式：2CO＋2CO－4e－===4CO2； 正极反应式：_______________________________________________________________； 总电池反应式：_____________________________________________________________。 解析　(1)CH4在反应时失去电子，故a电极是电池的负极，负极反应式是CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。由于电池工作过程中会消耗OH－，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。(2)用CO作燃料，熔融盐燃料电池的总反应为2CO＋O2===2CO2；根据正极反应式＋负极反应式＝总电池反应，可推知正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。 答案　(1)①a　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　②减小　 (2) O2＋2CO2＋4e－===2CO 2CO＋O2===2CO2 学科网（北京）股份有限公司 $