第4章 第3节 实验活动5 制作简单的燃料电池(教师用书独具)（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（人教版 浙江专版）

本高中化学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，再制作氢氧燃料电池，系统对比两者的能量转化、电极反应、电子及离子流向等，构建从电解到电池的知识学习支架。 该资料以“电解水-制燃料电池”连贯实验活动为核心，通过对比表格整合知识，培养科学思维。实验操作提升科学探究与实践能力，练习题强化化学观念中能量转化与物质变化的认识。课中辅助教师演示教学，课后帮助学生查漏补缺，巩固核心概念。

实验活动5　制作简单的燃料电池(教师用书独具) 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， 然后向其中滴加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：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：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：H2-2e-===2H+ 正极：O2+4e-+2H2O===4OH- 总反应式：2H2+O2===2H2O 阳极：2H2O-4e-===O2↑+4H+ 阴极：2H2O+2e-===H2↑+2OH- 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 1.下列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，阴极区反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，pH不断增大；D项，与电源正极相连的为阳极，生成H+，不显红色。 2.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；C项，乙醇燃料电池的电解质为KOH时，生成的二氧化碳会和其反应生成碳酸盐，负极反应：C2H5OH-12e-+16OH-===2C+11H2O，错误；D项，燃料电池中正极上氧气得电子，在碱性环境下，正极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-，正确。 3.“零碳排放”氢能汽车将正式开启绿色出行。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是(　　) A.左侧电极是负极，发生还原反应 B.右侧电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH- C.当有0.1 mol电子通过导线时，左侧消耗标准状况下1.12 L气体 D.电子由a极流出经用电器达到b极，再由b极经电解质溶液流回a极形成闭合回路 答案　C 解析　左侧电极是负极，失电子发生氧化反应，A不正确；右侧电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O，B不正确；当有0.1 mol电子通过导线时，左侧消耗0.05 mol H2，标准状况下体积为0.05 mol×22.4 L·mol-1=1.12 L，C正确；电子只能沿导线流动，不能经过电解质溶液，所以电子不能由b极经电解质溶液流回a极，D不正确。 4.乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，请回答下列问题。 (1)请在装置图中标出正、负极和反应物。 (2)分析电池中电子的移动方向：　　　　，  电解质溶液中H+的移动方向：　　　　。  (3)写出此燃料电池的正极反应式：　　　　　　　　　　　，总反应式：　　　　 　　　　。  (4)若有2 mol乙烯参与反应，理论上转移的电子数为　　　　。  答案　(1) (2)电极a→导线→电极b　从左向右 (3)O2+4e-+4H+===2H2O　2C2H4+O22CH3CHO　(4)4NA 学科网（北京）股份有限公司 $