4.1 第3课时 化学电源——燃料电池(Word课后习题)-【满分思维】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册学生用书（人教版）

第3课时　化学电源——燃料电池 ◆ 学习任务　化学电源——燃料电池 1.熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO电极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni电极、金属极板构成的燃料电池。工作时,该电池的正极反应为O2+2CO2+4e-2C,下列有关说法中错误的是 (　) A.该电池较高的工作温度加快了正、负极的反应速率 B.该类电池的H2不能用CO、CH4等替代 C.该电池工作时,要避免H2、O2的接触 D.放电时,负极反应式为H2+C-2e-CO2+H2O 2.微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产、生活废水处理并提供电能,系统内产电微生物由根沉积物和废水提供,其原理如图所示: 下列有关叙述正确的是 (　) A.MFC-CW系统中电子由A极流向B极 B.A极发生氧化反应 C.若电路中转移0.2 mol e-,则A极消耗O2 1.12 L D.B极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+ 3.直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)是一种以H2O2作为燃料和氧化剂的新型液态燃料电池,能在无氧环境下工作,可作为空间站和水下使用的电源,其工作原理如图所示(正、负极电极均为石墨电极)。下列说法错误的是 (　) A.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜 B.右侧石墨电极为正极 C.左侧石墨电极的电极反应式为H2O2+2OH--2e-O2↑+2H2O D.当中间室溶液质量减轻52.2 g时,左侧产生气体的体积为3.36 L(标准状况) 4.[2025·湖北武汉高二期末] 二氧化硫作为空气的一种主要污染物,消除其污染势在必行。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,原理如图所示。下列说法正确的是 (　) A.该电池放电时电子从Pt2电极经过外电路流向Pt1电极 B.Pt1电极是正极 C.Pt2电极附近发生的反应为O2+4e-+4H+2H2O D.相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为1∶2 5.[2026·河北唐山一中高二月考] 一种双阴极微生物燃料电池的装置如图所示(燃料为CH3OH)。下列说法不正确的是 (　) A.放电时,H+通过质子交换膜1向左移动,同时通过质子交换膜2向右移动 B.电池工作时,电极b的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+ C.“出水”与“进水”相比,“缺氧阴极”区域溶液pH增大 D.电极b若流出1.2 mol电子,该区域“出水”比“进水”减轻了8.8 g(假设气体全部逸出) 6.[2026·辽宁辽西重点高中高二联考] 硫及其化合物在现代生产和生活中发挥着重要作用。H2S、SO2均为有毒气体,对H2S、SO2废气的资源化利用是目前的研究热点。如图甲为质子膜H2S燃料电池的示意图,图乙为利用原电池原理处理SO2的示意图。 (1)根据图甲,回答下列问题: ①电池负极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ②处理17 g H2S,理论上需要消耗O2的体积为　　　　L(标准状况)。  (2)根据图乙,回答下列问题: ①电池负极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　。  ②当电路中通过8 mol电子时,有　　　　mol H+经质子膜进入正极区。  (3)我国科研人员将单独脱除SO2的反应与H2O2的制备反应相结合,实现协同转化。协同转化装置如图所示。在电场作用下,双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+,并向两极迁移。下列分析错误的是　　　　。  a.双极膜的a侧应为阴离子交换膜,b侧为阳离子交换膜 b.每脱除标准状况下11.2 L的SO2,双极膜处有2 mol的H2O解离 c.反应过程中不需补加稀H2SO4 d.协同转化的总反应为SO2+O2+2H2OH2O2+H2SO4 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3课时　化学电源——燃料电池 1.B　[解析] 该燃料电池中,通入氢气的电极是负极,通入氧气的电极是正极,负极反应式为H2-2e-+CCO2+H2O,正极反应式为O2+2CO2+4e-2C,放电时,电解质中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。升高温度能加快离子移动,该电池较高的工作温度加快了正、负极的反应速率,故A正确;CO、CH4为还原性物质,能在负极发生氧化反应,该类电池的H2可以用CO、CH4等替代,故B错误;H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸,该电池工作时,要避免H2、O2的接触,防止爆炸,产生安全事故,故C正确;放电时,氢气失电子发生氧化反应,负极反应式为H2+C-2e-CO2+H2O,故D正确。 2.D　[解析] 由H+移向A极可知,A极为正极,B极为负极。在原电池中,电子由负极(B极)经导线流向正极(A极),A错误;A极为正极,发生还原反应,B错误;没有说明是标准状况,无法计算,C错误;B极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,D正确。 3.D　[解析] 由图可知,燃料电池工作时,中间室中硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右室,则左侧电极为负极,碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水,右侧电极为正极,酸性条件下过氧化氢在正极得到电子发生还原反应生成水。由分析可知,离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜,故A正确;右侧石墨电极为燃料电池的正极,故B正确;左侧电极为负极,碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水,电极反应式为H2O2+2OH--2e-O2↑+2H2O,故C正确;硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右室,则中间室溶液减轻质量为硫酸钾的质量,由得失电子数目守恒可知,中间室溶液质量减轻52.2 g时,左侧产生标准状况下氧气的体积为×22.4 L·mol-1=6.72 L,故D错误。 4.C　[解析] 该电池为原电池,在Pt1电极二氧化硫失电子生成硫酸,Pt1是负极,电极反应式为SO2-2e-+2H2O4H++S;在Pt2电极氧气得电子生成水,Pt2是正极,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O。电池总反应为2SO2+O2+2H2O2H2SO4。Pt1是负极、Pt2是正极,该电池放电时电子从负极经外电路流向正极,故从Pt1电极经过外电路流向Pt2电极,A错误;由分析可知,Pt1是负极、Pt2是正极,B错误;Pt2是正极,Pt2电极氧气得电子生成水,电极反应为O2+4e-+4H+2H2O,C正确;总反应为二氧化硫和氧气、水反应生成硫酸,反应方程式为2SO2+O2+2H2O2H2SO4,相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1,D错误。 5.D　[解析] 在原电池中,阳离子(H+)会向正极移动,阴离子会向负极移动。根据图示,质子交换膜1和质子交换膜2分别位于两个不同的区域。在放电过程中,H+会从负极区向正极区移动,即H+通过质子交换膜1向左移动,同时通过质子交换膜2向右移动,A正确。电极b是厌氧阳极,甲醇(CH3OH)在b电极失去电子发生氧化反应,生成二氧化碳(CO2)和氢离子(H+),电极b处的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,B正确。在缺氧阴极区域,硝酸根离子(N)被还原为氮气(N2),电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O,假设转移10 mol e-,有10 mol H+通过质子交换膜向左迁移,该电极反应还需额外消耗氢离子,导致附近溶液的酸性减弱,该区域溶液的pH增大,C正确。电极b处的反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+,若电极b流出1.2 mol电子,参与反应的CH3OH的物质的量为n(CH3OH)==0.2 mol,根据C、H元素守恒可知反应生成0.2 mol CO2,其质量为8.8 g,同时产生1.2 mol H+,H+移向正极,其质量为1.2 g,故b电极总质量减轻为8.8 g+1.2 g=10 g,D错误。 6.(1)①2H2S-4e-S2+4H+　②5.6 (2)①2H2O+SO2-2e-S+4H+　②8 (3)bd [解析] (1)①由原电池总反应2H2S+O2S2+2H2O得出电极a为电池负极,H2S失电子被氧化为S2,因此负极电极反应式为2H2S-4e-S2+4H+。②根据图示,原电池总反应为2H2S+O2S2+2H2O,17 g H2S的物质的量为0.5 mol,消耗0.5 mol H2S需要0.25 mol O2,标准状况下体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L。 (2)①电池负极发生SO2失电子被氧化为H2SO4的反应,电极反应式为2H2O+SO2-2e-S+4H+。②当电路中通过8 mol电子时,有8 mol H+经质子膜进入正极区。 (3)该装置为原电池,根据图中电极上物质的变化情况可知,左侧电极为负极,右侧电极为正极。原电池工作时,阴离子移向负极,阳离子移向正极,双极膜的a侧应为阴离子交换膜,b侧为阳离子交换膜,a正确;每脱除标准状况下11.2 L的SO2,即0.5 mol SO2时,转移1 mol电子,双极膜处有1 mol的H2O解离,b错误;根据O2+2e-+2H+H2O2可知,右侧消耗H+的量等于迁移过来H+的量,硫酸的总量不变,故反应过程中不需补加稀H2SO4,c正确;负极反应式为SO2-2e-+4OH-S+2H2O,正极反应式为O2+2e-+2H+H2O2,双极膜中H2O解离:H2OH++OH-,则协同转化总反应为SO2+O2+2NaOHH2O2+Na2SO4,d错误。 学科网（北京）股份有限公司 $