实验活动5 制作简单的燃料电池（讲义）化学人教版选择性必修1

本讲义聚焦燃料电池工作原理这一核心知识点，通过电解水制备氢气和氧气搭建学习支架，引导学生设计制作氢氧燃料电池，并对比电解水与燃料电池的能量转化、电极反应等原理，构建电解与原电池的知识联系。 资料以实验活动为特色，学生亲手制作燃料电池提升科学探究与实践能力，对比分析环节强化科学思维，分层练习（随学随练、基础通关等）助力化学观念深化。课中辅助教师实验教学，课后帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第三章 水溶液中的离子反应与平衡 实验活动5 制作简单的燃料电池 课标要点 1．理解燃料电池的工作原理。 2．依据燃料电池的原理，建立燃料电池模型，学会设计和制作氢氧燃料电池。 3．了解燃料电池的实践意义。 学习重难点 重点：燃料电池的基本概念和工作原理。 难点：氢氧燃料电池的设计。 【实验目的】 1．理解燃料电池的工作原理。 2．设计和制作一个氢氧燃料电池。 【实验用品】 U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3～6 V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)。 1 mol·L－1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。 【实验步骤】 1．电解水。 在U形管中注入1 mol·L－1 Na2SO4溶液，然后向其中滴入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，现象为：两极石墨棒均产生气泡，右侧石墨棒附近溶液_________。 2．制作一个氢氧燃料电池。 当上述电解过程进行1～2 min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，现象为：电流表指针发生_________。 【问题和讨论】 列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。 氢氧燃料电池 电解水 能量 _________能→_________能 _________能→_________能 装置 电极 反应式 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 总反应式：2H2＋O2===2H2O 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑ 电子流向 _________极→_________极 ____极→_____极，_____极→_____极 离子流向 阳离子→_____极，阴离子→_____极 阳离子→_____极，阴离子→_____极 反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应 随学随练 1．(2026·河南安阳高二期中)以酸性溶液为电解质的氢氧燃料电池装置示意图如下(质子交换膜只允许通过)。下列说法错误的是( ) A．通入O2的一极为正极，发生氧化反应 B．负极的电极反应式为H2－2e-=2H＋ C．电池工作时，电解质溶液中的H+向正极移动 D．该电池工作时化学能转化为电能 2．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如下图。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是 (　　) A.该装置将化学能转化为电能 B.为了增加灯泡亮度,可以将电极碳棒变得粗糙多孔 C.电子迁移方向：电极a→灯泡→电极b→电解质溶液→电极a D.该电池的总反应：2H2+O2=2H2O 拓展 常见的燃料电池 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===2H2O H2SO4 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－===CO＋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－===2CO＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 肼燃料电 池　 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O 活学活用 1．燃料电池能有效提高能源利用率，具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中最环保的是(　　) A．甲醇 B．天然气 C．氢气 D．液化石油气 2．据报道，我国氢氧燃料电池车在奥运会期间为运动员提供了可靠安全的服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关电池的叙述错误的是(　　) A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ B．用该电池电解CuCl2溶液，产生2．24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移 C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2=2H2O D．工作一段时间后，电解液中的KOH的物质的量不变 3．(2026·浙江温度高二期中)铝空气燃料电池是一种新型高能量电池，具有能量密度大、无污染、可靠性高、寿命长、使用安全等优点。图1是一种盐水铝空气电池装置原理图，图2是石墨空气电极结构示意图。下列说法不正确的是( ) A．铝极为负极，发生氧化反应 B．该电池属于金属铝的吸氧腐蚀 C．石墨空气电极的电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH- D．在石墨空气电极中，OH-能穿过多孔防水透气层进入右侧 拓展 燃料电池电极方程式的书写 活学活用 1．燃料电池是燃料(如CO、、等)跟氧气(或空气)发生反应将化学能直接转化为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A．负极反应式：O2+2H2O+4e=4OH－ B．正极反应式：CH4+8OH--8e-═CO2+6H2O C．随着放电的进行，溶液的pH不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 2．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低等特点。一般研究的镁燃料电池可分为镁-空气燃料电池、镁-海水燃料电池、镁-过氧化氢燃料电池和镁-次氯酸盐燃料电池。其中,镁-次氯酸盐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.放电过程中OH-移向正极 B.电池的总反应式为Mg+ClO-+H2O=Mg(OH)2+Cl- C.镁燃料电池中镁均为负极,发生氧化反应 D.镁-过氧化氢燃料电池,酸性电解质中正极反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O 3．一种新燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是(　　) A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极 B.电池的总反应是：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O C.通入空气的一极是正极,电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH- D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为：C4H10+26e-+13O2-=4CO2+5H2O 基础通关 1．关于氢氧燃料电池说法正确的是(　　) A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应 B．若电解质溶液为H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极 C．若电解质溶液为KOH溶液，随着反应的进行，溶液的pH不变 D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景 2．关于电解水的实验说法正确的是(　　) A．为了增加水的导电能力，可以加入氯化钠固体 B．电解水阳极生成氧气，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．阴极区溶液的pH不断减小 D．在两极滴加酚酞，与电源正极相连的一极显红色 3．电池是人类生产、生活中重要的能量来源，各种电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是(　　) A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细 B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 4．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是(　　) A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质 B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用 C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O D．以KOH溶液作为电解质溶液，甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 5．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+ 4H2O B．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 6．氢氧燃料电池被人们誉为“绿色电池”，具有广阔的发展前途。如图为电池示意图。已知电池工作时，电流从电极a经由导线流向电极b。则下列说法正确的是(    ) A．该燃料电池能将电能转化为化学能 B．a极的反应为：O2+2H2O+4e-=4OH- C．溶液中的OH-从右室向左室移动 D．电池中电解液的pH逐渐增大 7．一种以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的原理如图所示，其中 YSZ为6%～10%Y2O3掺杂的 ZO2固体电解质，下列有关叙述正确的是(　　) A．电子通过外电路从 b 极流向 a B．b 极上的电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH- C．每转移0.1mol电子，消耗0.28L的CH4 D．O2-由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极 8．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+=2H2O C．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 9．用CH4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O2 D．若电路中转移2 mol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 10．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，下列说法正确的是(　　)    A．b处通入氢气 B．电池每消耗11.2L氢气，电路中通过的电子为NA C．右侧的电极反应式为：O2+4e−+4H+=2H2O D．右侧电极为电池的负极 11．已知某种微生物燃料电池工作原理如图所示。下列有关该电池的说法中，正确的是(　　) A．外电路电子从B极移向A极 B．溶液中H+由B极区移向A极区 C．电池工作一段时间后B极区溶液的pH减小 D．A极电极反应式为：CH3COOH - 8e-+ 2H2O = 2CO2 + 8H+ 素养提升 12．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 13．某种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A.电极A为正极 B.电池工作时,C向电极B移动 C.电极A上H2参与的电极反应为：H2+2OH--2e-=2H2O D.电极B上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e-=2C 14．某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示,该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2,X、Y是特殊催化剂型电极,已知：装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路中通过总电子数之比。下列说法错误的是(　　) A.该装置中Y电极发生氧化反应 B.X电极的电极反应式为6CO2+24H++24e-=C6H12O6+6H2O C.理论上,每生成22．4 L(标准状况下)O2,必有4 mol H+由X极区向Y极区迁移 D.当电路中通过3 mol e-时,生成18 g C6H12O6,则该装置的电流效率为80% 15．(2026·云南昭通高二期中)海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．有机物在微生物作用下发生了还原反应 B．海底沉积层产生的H+通过海水向a极移动 C．a极的电极反应式为O2＋4H＋-4e-=2H2O D．理论上海底沉积层中消耗1molSO42-，则a极消耗1.5molO2 16．(2026·辽宁沈阳三模)我国科研团队研发了一种基于微生物燃料电池的肿瘤治疗系统，其简化电化学原理如图所示，电极N为经表面修饰后的厌氧微生物脱硫弧菌(Dsv)，消耗肿瘤微环境中抑制免疫的乳酸(2-羟基丙酸)作为“燃料”，并产生电子。下列说法错误的是( ) A．电极电势：电极M>电极N B．电路中每转移1mol电子，正极室溶液质量增加44.5 g C．电池工作时，负极区溶液的pH变大 D．理论上电极N每产生CO2体积3.36 L(标况下)，电路中转移0.6 mol电子 迁移创新 17．(2026·江西一模)氨燃料电池是当前推动绿氢能源化应用的重要研究方向和热点。一种通过光催化合成绿氨联合氨燃料电池的装置如图，在光照作用下光催化剂被激发产生电子()和空穴()。下列说法正确的是( ) A．X极电势高于Y极电势 B．Y极的电极反应式是4OH--4e-=O2↑＋2H2O C．电子从X极经熔融NaOH-KOH移向Y极 D．每产生5.6 L(标准状况)NH3，光催化装置生成0.75mol h+ 18．(2026·浙江省天域全国名校协作体高三一模)研究燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用只允许通过的半透膜隔开。下列说法不正确的是( ) A．电池负极的电极反应式为：HCOO-+ 2OH--2e-=HCO3-+H2O B．Fe3+为该电池反应的催化剂 C．放电过程中需补充的物质A为H2SO4 D．电池工作时，每生成1 molHCO3-，将会有1 molK+通过半透膜移向右侧 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 实验活动5 制作简单的燃料电池 课标要点 1．理解燃料电池的工作原理。 2．依据燃料电池的原理，建立燃料电池模型，学会设计和制作氢氧燃料电池。 3．了解燃料电池的实践意义。 学习重难点 重点：燃料电池的基本概念和工作原理。 难点：氢氧燃料电池的设计。 【实验目的】 1．理解燃料电池的工作原理。 2．设计和制作一个氢氧燃料电池。 【实验用品】 U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3～6 V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)。 1 mol·L－1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。 【实验步骤】 1．电解水。 在U形管中注入1 mol·L－1 Na2SO4溶液，然后向其中滴入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，现象为：两极石墨棒均产生气泡，右侧石墨棒附近溶液变红。 2．制作一个氢氧燃料电池。 当上述电解过程进行1～2 min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，现象为：电流表指针发生偏转。 【问题和讨论】 列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。 氢氧燃料电池 电解水 能量 化学能→电能 电能→化学能 装置 电极 反应式 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 总反应式：2H2＋O2===2H2O 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑ 电子流向 负极→正极 负极→阴极，阳极→正极 离子流向 阳离子→正极，阴离子→负极 阳离子→阴极，阴离子→阳极 反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应 随学随练 1．(2026·河南安阳高二期中)以酸性溶液为电解质的氢氧燃料电池装置示意图如下(质子交换膜只允许通过)。下列说法错误的是( ) A．通入O2的一极为正极，发生氧化反应 B．负极的电极反应式为H2－2e-=2H＋ C．电池工作时，电解质溶液中的H+向正极移动 D．该电池工作时化学能转化为电能 【答案】A 【解析】在该氢氧燃料电池中，通入的燃料H2失去电子发生氧化反应，通氢气的一极为原电池负极；通入O2的一极得到电子，发生还原反应，为原电池正极。A项，通入O2的一极为正极，O2得到电子，发生还原反应，A错误；B项，通入H2的一极为负极，H2失去电子，负极的电极式为H2－2e-=2H＋，B正确；C项，原电池中，阳离子移向正极，电解质溶液中的H＋向正极移动，C正确；D项，燃料电池属于原电池，工作时可将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能，D正确；故选A。 2．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如下图。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是 (　　) A.该装置将化学能转化为电能 B.为了增加灯泡亮度,可以将电极碳棒变得粗糙多孔 C.电子迁移方向：电极a→灯泡→电极b→电解质溶液→电极a D.该电池的总反应：2H2+O2=2H2O 【答案】 C 【解析】该装置能自发地进行氧化还原反应,属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,故A正确;将电极碳棒变得粗糙多孔可增大反应接触面积,能增加灯泡亮度,故B正确;电子从负极沿导线流向正极,a是负极、b是正极,则电子由电极a通过导线流向电极b,电解质溶液中无电子转移,只有阴、阳离子移动,故C错误;氢氧燃料电池反应式与氢气燃烧方程式相同,则电池反应式为2H2+O2=2H2O,故D正确。故选C。 拓展 常见的燃料电池 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===2H2O H2SO4 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－===CO＋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－===2CO＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 肼燃料电 池　 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O 活学活用 1．燃料电池能有效提高能源利用率，具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料，其中最环保的是(　　) A．甲醇 B．天然气 C．氢气 D．液化石油气 【答案】C 【解析】A项的甲醇、B项的天然气、D项的液化石油气在燃烧过程中都会产生CO2温室气体，不如水环保，故A项、B项、D项不符合题意；C.氢气作为燃料电池的燃料，其产物是水，对环境无危害性，从能效比及环境保护的角度看，氢气是最理想的能源，故C项符合题意；故选C。 2．据报道，我国氢氧燃料电池车在奥运会期间为运动员提供了可靠安全的服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关电池的叙述错误的是(　　) A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ B．用该电池电解CuCl2溶液，产生2．24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移 C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2=2H2O D．工作一段时间后，电解液中的KOH的物质的量不变 【答案】B 【解析】A. 通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2H2-4e-+4OH-=4H2O，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，A不符合题意；B. 该电池电解CuCl2溶液，产生2．24L Cl2(标准状况)时，n(Cl2)=0.1mol，根据电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑，可知转移电子0.2mol，B符合题意；C. 正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，负极反应为H2-2e-+2OH-=2H2O，则总反应式为：2H2+O2=2H2O，C不符合题意；D. 工作一段时间后，电池中生成水，溶液体积增大，电解液中KOH的物质的量浓度减小，但是物质的量不变，D不符合题意；故选B。 3．(2026·浙江温度高二期中)铝空气燃料电池是一种新型高能量电池，具有能量密度大、无污染、可靠性高、寿命长、使用安全等优点。图1是一种盐水铝空气电池装置原理图，图2是石墨空气电极结构示意图。下列说法不正确的是( ) A．铝极为负极，发生氧化反应 B．该电池属于金属铝的吸氧腐蚀 C．石墨空气电极的电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH- D．在石墨空气电极中，OH-能穿过多孔防水透气层进入右侧 【答案】D 【解析】A项，铝为活泼金属，铝极为负极，铝失电子生成铝离子，发生氧化反应，A正确；B项，该电池中，正极O2得电子反应生成OH-，属于金属铝的吸氧腐蚀，B正确；C项，结合图知，石墨空气电极的电极反应式：O2＋4e-＋2H2O=4OH-，C正确；D项，在原电池中，阴离子向负极移动，则在石墨空气电极中，OH-能穿过多孔防水透气层进入左侧，D不正确；故选D。 拓展 燃料电池电极方程式的书写 活学活用 1．燃料电池是燃料(如CO、、等)跟氧气(或空气)发生反应将化学能直接转化为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A．负极反应式：O2+2H2O+4e=4OH－ B．正极反应式：CH4+8OH--8e-═CO2+6H2O C．随着放电的进行，溶液的pH不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 【答案】D 【解析】A．燃料电池中，通入氧气的一极为正极，O2+2H2O+4e=4OH－为正极反应式，负极反应式为：CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O，故A错误；B．通入燃料的一极为负极，甲烷失电子生成二氧化碳和水，碱性条件下生成碳酸盐和水，则负极电极反应式为CH4+10OH--8e-═CO32-+7H2O，故B错误；C．由电池总反应2O2+CH4+2OH-═CO32-+3H2O可知，氢氧根离子在消耗，反应生成水，则导致氢氧根离子的浓度降低，pH减小，故C错误；D．原电池放电时，阴离子移向负极，故D正确；故选D。 2．镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低等特点。一般研究的镁燃料电池可分为镁-空气燃料电池、镁-海水燃料电池、镁-过氧化氢燃料电池和镁-次氯酸盐燃料电池。其中,镁-次氯酸盐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.放电过程中OH-移向正极 B.电池的总反应式为Mg+ClO-+H2O=Mg(OH)2+Cl- C.镁燃料电池中镁均为负极,发生氧化反应 D.镁-过氧化氢燃料电池,酸性电解质中正极反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O 【答案】A 【解析】本题以镁燃料电池为背景考查了原电池原理、不同条件下电极反应式的书写。镁燃料电池,镁作负极,失电子,产物由电解质溶液决定,若为酸性溶液,生成Mg2+,若为碱性溶液,生成Mg(OH)2。ClO-在正极反应,由图可知有Cl-和OH-生成：ClO-+H2O+2e-=Cl-+2OH-,OH-向负极移动,生成Mg(OH)2,在镁-过氧化氢燃料电池中,H2O2得e-与H+反应生成H2O。 3．一种新燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是(　　) A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极 B.电池的总反应是：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O C.通入空气的一极是正极,电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH- D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为：C4H10+26e-+13O2-=4CO2+5H2O 【答案】B 【解析】在原电池中,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,A错误;燃料电池的总反应与燃料燃烧的化学方程式相同,为2C4H10+13O2→8CO2+10H2O,B正确;通入空气的一极是正极,发生还原反应,电极反应为：O2+4e-=2O2-,C错误;丁烷具有还原性,在丁烷燃料电池中,负极发生氧化反应,电极反应式为C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O,D错误。故选B。 基础通关 1．关于氢氧燃料电池说法正确的是(　　) A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应 B．若电解质溶液为H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极 C．若电解质溶液为KOH溶液，随着反应的进行，溶液的pH不变 D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景 【答案】D 2．关于电解水的实验说法正确的是(　　) A．为了增加水的导电能力，可以加入氯化钠固体 B．电解水阳极生成氧气，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．阴极区溶液的pH不断减小 D．在两极滴加酚酞，与电源正极相连的一极显红色 【答案】B 【解析】A项，电解氯化钠溶液会生成氯气；C项，阴极区2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，pH不断增大；D项，与正极相连的为阳极，生成H＋，不显红色。 3．电池是人类生产、生活中重要的能量来源，各种电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是(　　) A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细 B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化 D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 【答案】C 【解析】A．在锌锰干电池中，正极是碳棒，该极上二氧化锰发生得电子的还原反应，该电极质量不会减少，A项错误；B．氢氧燃料电池属于原电池的一种，是将化学能转化为电能的装置，不能将热能直接转变为电能，B项错误；C．氢氧燃料电池中，燃料做负极，发生失电子的氧化反应，被氧化，C项正确；D．太阳能电池的主要材料是半导体硅，不是二氧化硅，二氧化硅导光，不导电，D项错误；故选C。 4．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是(　　) A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质 B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用 C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O D．以KOH溶液作为电解质溶液，甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 【答案】C 【解析】A项，燃料电池中，燃料作负极，负极反应物可以是氢气、甲烷、乙醇等物质，正确；B项，航天飞行器中氢氧燃料电池的产物是水，经过处理之后可供宇航员使用，正确；C项，乙醇燃料电池的电解质用KOH时，生成的二氧化碳会和其反应生成碳酸盐，负极反应为：C2H5OH－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O，错误；D项，燃料电池中正极上氧气得电子，在碱性环境下，正极电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确。 5．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+ 4H2O B．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；故选C。 6．氢氧燃料电池被人们誉为“绿色电池”，具有广阔的发展前途。如图为电池示意图。已知电池工作时，电流从电极a经由导线流向电极b。则下列说法正确的是(    ) A．该燃料电池能将电能转化为化学能 B．a极的反应为：O2+2H2O+4e-=4OH- C．溶液中的OH-从右室向左室移动 D．电池中电解液的pH逐渐增大 【答案】B 【解析】A．燃料电池能将化学能转化为电能，故A错误；B．电流从电极a经由导线流向电极b， a极为正极，电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，故B正确；C．电流从电极a经由导线流向电极b， a极为正极、b是负极，溶液中的OH-从a向b移动，故C错误；D．氢氧燃料电池总反应为2H2 + O2 =2H2O，反应生成水，氢氧化钾浓度减小，电池中电解液的pH逐渐减小，故D错误；选B。 7．一种以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的原理如图所示，其中 YSZ为6%～10%Y2O3掺杂的 ZO2固体电解质，下列有关叙述正确的是(　　) A．电子通过外电路从 b 极流向 a B．b 极上的电极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH- C．每转移0.1mol电子，消耗0.28L的CH4 D．O2-由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极 【答案】D 【解析】A.电子流出的电极为负极、电子流入的电极为正极，电子从a沿导线流向b，A错误；B.b电极上氧气得电子生成氧离子，电极反应式为O2+4e-=2O2-，B错误；C.温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，所以无法计算甲烷体积，C错误；D.电解质中阴离子向负极移动，则O2-由正极通过固体电解质 YSZ 迁移到负极，D正确。故选D。 8．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+=2H2O C．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，CH3CH2OH-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；故选C。 9．用CH4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O2 D．若电路中转移2 mol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1mol氧气，电路中转移2 mol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。 10．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，下列说法正确的是(　　)    A．b处通入氢气 B．电池每消耗11.2L氢气，电路中通过的电子为NA C．右侧的电极反应式为：O2+4e−+4H+=2H2O 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项错误；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C。 11．已知某种微生物燃料电池工作原理如图所示。下列有关该电池的说法中，正确的是(　　) A．外电路电子从B极移向A极 B．溶液中H+由B极区移向A极区 C．电池工作一段时间后B极区溶液的pH减小 D．A极电极反应式为：CH3COOH - 8e-+ 2H2O = 2CO2 + 8H+ 【答案】D 【解析】A．通过以上分析知，A是负极、B是正极，电子从A流向B，故A错误；B．电池内电解质溶液中所含的H+由负极A移向正极B，故B错误；C．B极为正极，正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，正极上消耗氢离子，所以溶液pH增大，故C错误；D．A电极上失电子发生氧化反应，则A极的电极反应为：CH3COOH-8e-+2H2O═2CO2↑+8H+，故D正确；故选D。 素养提升 12．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．N2H4—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：，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：，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：；则三种电池放电量分别为：，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。 13．某种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A.电极A为正极 B.电池工作时,C向电极B移动 C.电极A上H2参与的电极反应为：H2+2OH--2e-=2H2O D.电极B上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e-=2C 【答案】D 【解析】本题考查化学电源新型电池,明确原电池中物质得失电子、电子流向、离子流向即可解答,难点是电极反应式书写,要根据电解质确定正负极产物。易错选项是C,注意电解质是熔融的碳酸盐。A为负极,负极上CO和H2失电子发生了氧化反应,A错误;电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,即C向电极A移动,B错误;负极上CO和H2被氧化生成二氧化碳和水,电极A上氢气参与的反应为：H2-C-2e-=H2O+CO2,C错误;B为正极,正极为氧气得电子生成C,反应为O2-2CO2-4e-=2C,D正确。故选D。 14．某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示,该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2,X、Y是特殊催化剂型电极,已知：装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路中通过总电子数之比。下列说法错误的是(　　) A.该装置中Y电极发生氧化反应 B.X电极的电极反应式为6CO2+24H++24e-=C6H12O6+6H2O C.理论上,每生成22．4 L(标准状况下)O2,必有4 mol H+由X极区向Y极区迁移 D.当电路中通过3 mol e-时,生成18 g C6H12O6,则该装置的电流效率为80% 【答案】C 【解析】根据装置图可知,X与电源的负极相连,为阴极,Y与电源的正极相连,为阳极,阳极上失去电子,发生氧化反应,A正确;根据装置图可知二氧化碳在X电极上转化为C6H12O6,因此X电极的电极反应式为6CO2+24H++24e-=C6H12O6+6H2O,B正确;H+由Y极区向X极区迁移,C错误;生成C6H12O6的物质的量是18 g÷180 g· mol-1=0.1 mol,转移电子的物质的量是2.4 mol,因此当电路中通过3 mol e-时该装置的电流效率为2．4 mol÷3 mol×100%=80%,D正确。 15．(2026·云南昭通高二期中)海底沉积层微生物燃料是一种新型海洋可再生能源，用该燃料设计的原电池产电原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．有机物在微生物作用下发生了还原反应 B．海底沉积层产生的H+通过海水向a极移动 C．a极的电极反应式为O2＋4H＋-4e-=2H2O D．理论上海底沉积层中消耗1molSO42-，则a极消耗1.5molO2 【答案】B 【解析】由图可知，a极氧气得电子生成水，发生还原反应O2＋4H＋＋4e-=2H2O，则a是正极；b极HS-失电子生成S单质和氢离子，发生氧化反应HS--2e-=S↓+H+，b是负极。A项，由图可知，有机物在微生物作用下生成CO2，化合价升高，发生氧化反应，A错误；B项，原电池中，阳离子向正极移动，a是正极，故海底沉积层产生的H+通过海水向a极移动，B正确；C项，a极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，C错误；D项，由图可知，理论上海底沉积层中消耗1molSO42-，生成1 mol HS−，在b极失去2 mol电子，则电路中转移2 mol电子，a极消耗0.5molO2，D错误；故选B。 16．(2026·辽宁沈阳三模)我国科研团队研发了一种基于微生物燃料电池的肿瘤治疗系统，其简化电化学原理如图所示，电极N为经表面修饰后的厌氧微生物脱硫弧菌(Dsv)，消耗肿瘤微环境中抑制免疫的乳酸(2-羟基丙酸)作为“燃料”，并产生电子。下列说法错误的是( ) A．电极电势：电极M>电极N B．电路中每转移1mol电子，正极室溶液质量增加44.5 g C．电池工作时，负极区溶液的pH变大 D．理论上电极N每产生CO2体积3.36 L(标况下)，电路中转移0.6 mol电子 【答案】C 【解析】电池工作时，电极M处MnO2得到电子被还原为Mn2+，为正极；电极N处乳酸失去电子被氧化为CO2，为负极。A项，正极电势高于负极，电极电势：电极M>电极N，A正确；B项，正极反应式为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，电路中转移2 mol电子时，正极消耗4mol氢离子，同时生成1molMn2+和2mol水，还有2 molH+通过质子交换膜进入正极室溶液，故正极室溶液质量增加55+2×18+2-4=89 g；那么当电路中转移1mol电子时，正极室溶液质量增加44.5 g，B正确；C项，电池工作时，负极反应方程式为：C3H6O3+3H2O-12e-=3CO2↑＋12H＋，负极生成H+，负极区溶液的pH变小，C错误；D项，电极N为负极，每生成1 molCO2，转移4 mol电子，，电路中转移0.6 mol电子，D正确；故选C。 迁移创新 17．(2026·江西一模)氨燃料电池是当前推动绿氢能源化应用的重要研究方向和热点。一种通过光催化合成绿氨联合氨燃料电池的装置如图，在光照作用下光催化剂被激发产生电子()和空穴()。下列说法正确的是( ) A．X极电势高于Y极电势 B．Y极的电极反应式是4OH--4e-=O2↑＋2H2O C．电子从X极经熔融NaOH-KOH移向Y极 D．每产生5.6 L(标准状况)NH3，光催化装置生成0.75mol h+ 【答案】D 【解析】N2​在光催化剂表面转化为NH3，碱性介质条件下，NH3转化为N2，化合价升高，发生氧化反应，则电极X为负极，电极反应式为：2NH3+6OH--6e-=N2＋6H2O ；电极Y通入O2，O2得电子发生还原反应，为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-。A项，由分析可知，电极X为负极，电极Y为正极，则X极电势低于Y极电势，A错误；B项，根据分析，电极Y通入O2，O2得电子发生还原反应，为正极，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH- ，B错误；C项，电子只能在外电路中移动，不会经过熔融电解质，电解质中是离子定向移动导电，C错误；D项，标准状况下5.6LNH3的物质的量为；合成NH3时，N2→NH3，N元素从0价变为-3价，生成1molNH3需要得到3mole-，因此生成0.25 molNH3需要0.75mole-；光催化反应中，生成1 mole-同时生成1 mol h+，因此生成h+的物质的量为0.75mol，D正确；故选D。 18．(2026·浙江省天域全国名校协作体高三一模)研究燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用只允许通过的半透膜隔开。下列说法不正确的是( ) A．电池负极的电极反应式为：HCOO-+ 2OH--2e-=HCO3-+H2O B．Fe3+为该电池反应的催化剂 C．放电过程中需补充的物质A为H2SO4 D．电池工作时，每生成1 molHCO3-，将会有1 molK+通过半透膜移向右侧 【答案】D 【解析】HCOOH燃料电池原理为原电池，如图所示，HCOO-一侧为负极，失电子发生氧化反应又因含有KOH溶液呈碱性，因此负极反应式为HCOO-+ 2OH--2e-=HCO3-+H2O；Fe3+一侧为正极，得电子发生还原反应，Fe3++e-=Fe2+，生成的Fe2+又被O2氧化，发生4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O反应，因此正极总反应为O2＋4H＋＋4e-=2H2O。A项，负极发生氧化反应，HCOO-中C为+2价，转化为HCO3-中+4价C，失去2 e-。碱性环境下(左侧有KOH)，电极反应式为HCOO-+ 2OH--2e-=HCO3-+H2O，电荷、原子均守恒，A正确；B项，右侧Fe3+得电子生成Fe2+(Fe3++e-=Fe2+)，Fe2+又被O2氧化为Fe3+(4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O)，Fe3+循环使用，总量不变，为催化剂，B正确；C项，右侧生成K2SO4需SO42-，且Fe2+被O2氧化需酸性条件(H+)，故物质A为H2SO4提供SO42-和H+，C正确；D项，生成1 mol HCO3-时，负极转移2 mole-，为平衡电荷，K+(+1价)需迁移2 mol至正极，D错误；故选D。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $