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实验活动5 制作简单的燃料电池
学习目标 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。
重点和难点 重点:了解燃料电池在生产、生活中的应用。 难点:掌握燃料电池在生产、生活中的应用。
【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
既学既练
1．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。
2．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
3．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。
4．下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。
试回答下列问题：
（1）燃料电池的优点是____________________________________________________________；
电解质溶液中的OH－移向________(填“负”或“正”)极。
（2）写出氢氧燃料电池工作时的正极反应式：________________________________________；
负极反应式：___________________________________________________________________
总反应式：_____________________________________________________________________
【答案】（1）能量利用率高，绿色无污染(合理即可)　负
（2）2H2O＋O2＋4e－===4OH－　2H2－4e－＋4OH－===4H2O　2H2＋O2===2H2O
一、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
实践应用
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；
综上所述，本题选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；
故答案为：B。
3.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：
B．正极反应式：
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-═+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-═+7H2O，故B错误；
C．由电池总反应2O2+CH4+2OH-═+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；
答案选D。
4.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+O22H2O
【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+O22H2O,故D正确。故选C。
5.如图为某种甲醇燃料电池示意图,工作时电子流向如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.X为氧气
B.电极A反应式:CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+
C.B电极附近溶液pH增大
D.电池工作时,溶液中电子由电极B流向电极A
【答案】C
【解析】A项,根据图示中电子的流向可知左边A电极通入的是燃料甲醇;右边B电极通入的是氧气,A错误;B项,电极A是负极,失去电子,发生氧化反应,由于电解质溶液为碱性,所以电极反应式:CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O,B错误;C项,B电极上发生的电极反应是:O2+4e-+2H2O4OH-,由于反应产生OH-,所以附近溶液碱性增强,溶液的pH增大,C正确;D项,电子只能通过导线传递,不能在溶液中传递,D错误。
二、燃料电池电极方程式的书写
实践应用
1.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-+H2OMg(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。
2.一种新燃料电池,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-+2H2O4OH-
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+13O28CO2+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。答案选B。
3.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。答案选D。
4.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。
5.某实验小组设计如图实验装置探究电化学原理,装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO,下列说法正确的是(　　)
A.Cu电极质量增加
B.装置Ⅱ将化学能转变为电能
C.装置Ⅰ中OH-向多孔电极移动
D.多孔电极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
【答案】D
【解析】根据题图及装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO,知装置Ⅰ中Zn电极上发生氧化反应:Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O,装置Ⅰ为原电池,装置Ⅰ中的Zn电极为负极,多孔电极为正极,装置Ⅱ为电解池,Cu电极与装置Ⅰ中的多孔电极相连,则Cu电极为阳极,Cu电极上发生反应:Cu-2e-Cu2+,故Cu电极质量减小,A项错误;装置Ⅱ为电解池,将电能转变为化学能,B项错误;装置Ⅰ中OH-向负极(Zn电极)移动,C项错误;多孔电极为正极,正极上O2得电子,发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,D项正确。
基础达标
1.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（　　）
A．风力发电机 B．锂离子电池
C．燃气灶 D．硅太阳能电池
【答案】B
【解析】A、风力发电机是将风能转化成电能，故A不符合题意；
B、锂离子电池放电时，化学能转化为电能，故B符合题意；
C、燃气灶是将化学能转化为热能，故C不符合题意；
D、硅太阳能电池将太阳能转化为电能，故D不符合题意；
故答案为：B。
2.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；
答案选C。
3.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；
答案选C。
4.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。
5.一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
C．每转移 电子，消耗 的
D．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。
答案为D。
6.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；
故答案为C。
7.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。
8.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，下列说法不正确的是

A．a处通入氢气
B．电池每消耗11．2L氢气，电路中通过的电子为
C．右侧的电极反应式为：
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项正确；
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BD。
9.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。
10.某化学兴趣小组的同学用以下装置研究电化学的问题。
（1）甲装置是由铜、锌和稀硫酸组成的原电池，其中正极材料是 ，电池的总反应式用离子方程式表示为 。当导线中有1mol电子通过时，理论上两极的变化是 （填序号）。
A．锌片溶解了32.5g B．锌片增重32.5g
C．铜片上析出lgH2 D．铜片上析1molH2
（2）若乙装置中X、Y都是惰性电极，a是滴有酚酞试液的饱和NaCl溶液。
乙
则：X极上的电极反应式为 ，在X极附近观察到的现象是 ；Y极上的电极反应式为 ，检验该电极反应产物的方法是 。
（3）若要通过乙装置用电解方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是 ，X极的电极反应式为 。
【答案】 Cu Zn+2H+=Zn2++H2↑ AC 2H2O+2e-=H2+2OH- 有气泡产生，溶液变红色 2Cl--2e-=Cl2 湿润的淀粉KI试纸检验生成的气体，试纸变蓝 纯铜 Cu+2e-=Cu2+
【解析】（1）甲装置是由铜、锌和稀硫酸组成的原电池，其中正极材料是铜，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应2H++2e-=H2↑，锌做负极失电子生成锌离子，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，电池反应的离子方程式为：Zn+2H+=Zn2++H2↑，当导线中有1mol电子通过时，负极锌物质的量减小0.5mol，质量减小0.5mol×65g/mol=32.5g；铜片上放出氢气，阳极电子守恒生成氢气的物质的量0.5mol，质量为0.5mol×2g/mol=1g，所以选项中AC正确；
故答案为：Cu；Zn+2H+=Zn2++H2↑；AC；
（2）电解池中，a是滴有酚酞试液的饱和NaCl溶液，X与电源负极连接做电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为：2H2O+2e-=H2+2OH-，溶液显碱性，溶液变红色；Y和电源连接做电解池的阳极，溶液中氯离子失电子生成氯气，电极反应式：2Cl--2e-=Cl2，检验氯气的方法为用湿润的淀粉KI试纸放在出口，试纸变蓝；
故答案为：2H2O+2e-=H2+2OH-；有气泡产生，溶液变红色；2Cl--2e-=Cl2；湿润的淀粉KI试纸检验生成的气体，试纸变蓝；
（3）电解方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，阳极Y为粗铜，阴极x为纯铜，铜离子得到电子生成铜，电极反应为Cu2++2e-=Cu；故答案为：纯铜；Cu2++2e-=Cu。
综合应用
11.下列关于四种电池的叙述正确的是
A．电池Ⅰ中电子的流向：稀硫酸
B．电池Ⅱ中石墨棒上发生还原反应，锌筒会变薄
C．电池Ⅲ是二次电池，充电时电能转化为化学能
D．电池Ⅳ中正极的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-
【答案】BC
【解析】A．电池Ⅰ为原电池，Zn作负极，电子从锌流出沿导线流向铜，电子不能通过电解质溶液，A错误；
B．电池Ⅱ为锌锰干电池，锌作负极发生氧化反应，锌被消耗，锌筒变薄；石墨作正极，正极上发生还原反应，B正确；
C．电池Ⅲ为铅蓄电池，是二次电池，充电时将电能转化为化学能，C正确；
D．电池Ⅳ为酸性氢氧燃料电池，氧气在正极反应得到电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4H++4e =2H2O，D错误；
故选BC。
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.按下图装置实验，若x轴表示负极流出的电子的物质的量，则y轴应表示(　　)
①c(Ag＋)　②c(NO3-)　③a棒的质量　④b棒的质量 ⑤溶液的质量
①③ B．③④ C．①②④ D．②
【答案】D
【解析】根据图中装置实验，Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应，在负极上金属铁本身失电子，即a棒质量减轻，正极Ag上析出金属银，银离子得电子析出金属Ag，所以正极质量增加，银离子浓度减小，①错误；硝酸根离子浓度不变，②正确；a棒为铁电极，做负极，失电子，质量减轻，③错误；b棒上有银析出，质量增加，④错误；在转移电子相等情况下，析出金属多，所以溶液质量减轻，⑤错误，所以y轴只能表示②，故选：D。
14.下列实验装置，其中按要求设计正确的是
A B C D
电解饱和食盐水 锌铜原电池 电镀银 电解精炼铜
【答案】B
【解析】A．根据图示，Fe与电源正极相连为阳极，铁失去电子，则阳极不生成氯气，不能利用淀粉KI溶液检验氯气的生成，设计不合理，故A错误；
B．金属性锌强于铜，Zn为负极，Cu为正极，图中构成Cu、Zn原电池，产生的电流由正极流向负极，设计合理，故B正确；
C．电镀银时，Ag为阳极，镀件为阴极，电解质溶液为硝酸银，不能是硝酸钠，设计不合理，故C错误；
D．电解池中，与电源正极相连为阳极，与电源负极相连为阴极，粗铜精炼时，粗铜为阳极，纯铜为阴极，图中与之相反，设计不合理，故D错误；
答案选B。
15.下列有关叙述正确的是
A．装置甲中阴极上析出红色固体
B．装置乙中铜片应与电源负极相连
C．装置丙中外电路电流方向：b极→a极
D．装置丁中阴极的电极反应式：
【答案】C
【解析】A. 惰性电极电解氯化铜溶液，阳极上氯离子放电生成，阴极上铜离子放电析出红色固体，A错误；
B. 电镀铜时，铜片应作阳极，与电源正极相连，B错误；
C. 装置丙中通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，因此外电路电流方向：b极→a极，C正确；
D. 惰性电极电解饱和食盐水，阴极上氢离子放电，阴极的电极反应式应为，D错误；答案选C。
16.以Fe3O4/Pd为催化材料，利用电化学原理实现用H2消除酸性废水中的目的，其反应过程如图所示[已知Fe3O4中Fe元素化合价为+2、+3价，分别表示为Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)]。下列说法错误的是
A．Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的相互转化起传递电子的作用
B．处理的电极反应式为2+6e-+4H2O=N2↑+8OH-
C．用该法处理后，水体的pH升高
D．消耗标准状况下6.72 L H2，理论上可处理含4.6 mg·L-1的废水2m3
【答案】B
【解析】A．H2消除酸性废水中的致癌物的总反应为：2H++2+3H2N2+4H2O，Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的相互转化起到了传递电子的作用，故A正确；
B．过程①是在酸性条件下被还原生成N2，电极反应为2+8H++6e-＝N2↑+4H2O，故B错误；
C．总反应方程式为2H++2+3H2N2+4H2O，消耗氢离子，用该法处理后，水体的pH升高，故C正确；
D．总反应方程式为2H++2+3H2N2+4H2O，消耗标准状况下6.72L即0.3molH2，理论上可处理0.2mol，质量是0.2mol×46g/mol=9.2g，即处理4.6mg L-1的废水体积是2m3，故D正确；
故答案为B。
17.将图Ⅰ所示装置通电10 min后，撤掉直流电源，连接成图Ⅱ所示装置，可观察到U形管左侧铁电极表面析出了白色胶状物质，U形管右侧液面上升。下列说法正确的是
A．同温同压下，装置Ⅰ中石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体多
B．装置Ⅱ中铁电极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2↓
C．装置Ⅱ中石墨电极的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑
D．装置Ⅰ通电10 min后，铁电极附近溶液的pH降低
【答案】B
【解析】A．装置Ⅰ中石墨电极与电源的正极相连，作阳极，氯离子放电生成Cl2，铁电极是阴极，氢离子放电，生成H2，因Cl2能溶解在水中，且与H2O发生反应：Cl2+H2O＝HCl+HClO，而H2不溶于水，故石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体少，A错误；
B．装置Ⅱ是原电池装置，Fe为负极，失去电子产生Fe2+，溶液显碱性，Fe2+再与溶液中的OH-反应生成Fe(OH)2：Fe－2e－＋2OH－＝Fe(OH)2↓，B正确；
C．装置Ⅱ是原电池装置，石墨为正极，正极为Cl2得到电子：Cl2+2e-＝2Cl－，C错误；
D．装置Ⅰ中铁电极是阴极，氢离子放电产生H2：2H2O+2e-＝H2↑+2OH-，由于有OH-生成，故溶液的pH升高，D错误。
答案选B。
17.工业废气、汽车尾气排放出的SO2、NOx等，是形成雾霾的重要因素。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾。烟气中的SO2可以用NaOH溶液吸收，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示。(电极材料为石墨)
（1）用NaOH溶液吸收SO2发生的主要反应的离子方程式为 。
（2）图中，交换膜I应为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
（3）当有1mol Na＋通过阳离子交换膜时，a极生成气体 L(标准状况)。
（4）SO放电的电极反应式为 。
（5）通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因： 。
【答案】SO2＋2OH－=＋H2O 阳离子 11.2 －2e－＋H2O=＋2H＋ H＋放电促进水的电离，使OH－浓度增大
【解析】（1）NaOH溶液吸收SO2发生的主要反应为2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O，离子方程式为：SO2＋2OH－=＋H2O；
（2）由上述分析可知，交换膜I为阳离子交换膜；
（3）当有1mol Na＋通过阳离子交换膜时，电解池中有1mol电子转移，根据a极电极反应式2H2O+2e-=H2↑+2OH-可知，将生产0.5molH2，在标准状况下体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L；
（4）发生氧化反应生成，电极反应式为－2e－＋H2O=＋2H＋；
（5）通电后，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，其本质是水电离出的H+放电，电解过程中促进水的电离，使阴极负极溶液OH－浓度增大，从而使溶液pH增大。
18.如图为相互串联的甲、乙两电解池，试回答以下问题：
（1）甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A是 极，材料是 ，电极反应式为 ，电解质溶液为 。当一极有纯铜析出时，另一极溶解的铜 (填“大于”“小于”或“等于”)。
（2）乙池中若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后电极附近溶液呈 色，电极反应式为 。
（3）若甲池中电解质溶液为溶液，电解过程中阴极质量增加，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为 L，若此时乙池剩余液体为，则电解后溶液的为 。
【答案】 阴 纯铜 溶液 小于 红 4.48 14
【解析】与电源负极相连的电极是电解池的阴极，与电源正极相连的电极是电解池的阳极。由图示装置知甲池中A为阴极，B为阳极，乙池中为阴极，C(碳棒)为阳极。
（1）甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A是阴极，材料是纯铜，电极反应式为，电解质溶液为溶液，阳极材料为粗铜，电极反应式为等(据粗铜中杂质成分而定)，根据电极反应和得失电子守恒知，阴极有纯铜析出时，阳极溶解的铜小于。
（2）乙池中实质是电解溶液，C(碳棒)为电解池的阳极，放电生成氯气，铁 为电解池的阴极，电极反应式为，阴极区溶液呈碱性，若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后电极附近溶液呈红色。
（3）若甲池电解质溶液为溶液，阴极质量增加，即生成铜的质量为，物质的量为，根据电极反应式知，转移电子的物质的量为，根据得失电子守恒知乙池中阳极放出氯气的物质的量为，在标准状况下的体积为；甲乙两池串联，转移电子数相等，根据知，生成的物质的量为，溶液的体积为0.4L，，故溶液。
拓展培优
19.利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是

A．甲室电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：
D．扩散到乙室将对电池电动势产生影响
【答案】CD
【解析】A. 向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室电极为负极，故A错误；
B. 在原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，故B错误；
C. 左侧负极是，正极是，则电池总反应为：，故C正确；
D. 扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，故D正确。
综上所述，答案为CD。
20.用甲醇燃料电池作电源，用铁作电极电解含Cr2O的酸性废水，处理过程发生反应：Cr2O+6 Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，最终可将Cr3+转化成Cr(OH)3沉淀而除去，装置如下图。下列说法正确的是
A．Fe(Ⅱ)为阳极
B．M电极的电极反应式为CH3OH＋8OH--6e-=CO＋6H2O
C．电解一段时间后，在Fe(Ⅰ)极附近有沉淀析出
D．电路中每转移6mol电子，最多有1molCr2O被还原
【答案】C
【分析】燃料电池中阳离子向正极移动，根据图中氢离子的移动方向可知：M极为负极，N极为正极，因此Fe(Ⅱ)极为阴极，Fe(Ⅰ)极为阳极。
【解析】A．据分析，左边为燃料电池， M极为负极，N极为正极，因此Fe(Ⅱ)极为阴极，Fe(Ⅰ)极为阳极，故A错误；B．M电极的电极反应式为，故B错误；C．根据A分析得到Fe(Ⅰ)极为阳极，铁失去电子变为亚铁离子向阳极Fe(Ⅰ)移动，亚铁离子被转化成Cr(OH)3沉淀和Fe(OH)3，因此电解一段时间后，在Fe(Ⅰ)极附近有沉淀析出，故C正确；D．当电路转移6mol电子，根据电解池中阳极Fe(I)的反应式：Fe-2e-=Fe2+可知，此时生成3mol Fe2+，又有，因此会有0.5 mol被还原，故D错误；答案为C。
21.我国科学家研究发现，在MnO2/Mn2+氧化还原介质的辅助下，可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程，从而实现低电压下电解水，其电化学原理如图所示。下列说法错误的是
A．a、c为电源的负极
B．K向左端闭合时，N电极发生的反应为
C．产生等物质的量的和时，N电极质量减小
D．K向右端闭合时，电解过程中的物质的量不变
【答案】B
【分析】当K与b接触时，M电极上发生的电极反应为：2H++2e-=H2↑，发生还原反应，即M电极为阴极，N电极上发生的电极反应为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，发生氧化反应，N电极为阳极，当K与c电极接触时，N电极发生的电极反应为：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，发生还原反应，此时N电极为阴极，L电极发生的电极反应为：4OH- -4e-=O2↑+2H2O，发生氧化反应，L电极为阳极，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，当K与b接触时，M为阴极，即a为电源的负极，当K与c电极接触时，N为阴极，故c为电源的负极，A正确；B．由分析可知，K向左端闭合时，N电极发生的反应为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，B错误；C．由分析可知，产生等物质的量的和时，设产生nmolH2和nmolO2，根据电子守恒可知，产生nmolH2转移电子为2nmol，此时N即进行的反应Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，生成nmolMnO2，生成nmolO2转移电子为4nmol，此时N极进行的反应MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，消耗2nmolMnO2，故N电极质量减小，C正确；D．K向右端闭合时，L电极发生的电极反应为：4OH- -4e-=O2↑+2H2O，虽然消耗了OH-，但双极膜中的OH-会转移到L电极附近，补充OH-，根据电子守恒可知，电解过程中的物质的量不变，D正确；故答案为：B。
22.二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池电解含有尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液，用于废水处理，其装置如图所示(装置中c、d均为惰性电极，隔膜仅阻止气体通过)。
下列说法正确的是
A．二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池放电时质子从电极b移向电极a
B．当有0.3NA个质子通过质子交换膜时，产生1120mLN2
C．装置中电子移动方向：电极a→电极d→隔膜→电极c→电极b
D．电极c附近发生的电极反应为CO(NH2)2+8OH-_6e-═ N2+CO+ 6H2O
【答案】D
【分析】在二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池中，电极a上SO2发生氧化反应生成H2SO4，电极a为负极，电极反应式为SO2-2e-+2H2O=+4H+，电极b为正极，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；电解含有尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液过程中，电极c作阳极，电极反应式为，电极c作阴极，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-。
【解析】A．在二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池中，电极a上SO2发生氧化反应生成H2SO4，电极a为负极，电极b为正极，原电池工作时，阳离子从负极区移向正极区，即质子从电极a移向电极b，A错误；B．当有个质子通过质子交换膜时，说明电路中转移0.3mol电子，根据电极反应式可知产生N20.5mol，即标况下产生，B错误；C．电子只能在导线中移动，溶液中不存在电子的移动，C错误；D．根据分析，电极c附近发生的电极反应为CO(NH2)2-6e-+8OH-=+N2↑+6H2O，D正确；故选D。
23.内重整碳酸盐燃料电池(熔融和为电解质)的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．常温下，1mol甲烷参加反应正极需要通入
B．以甲烷为燃料气时，负极反应式为
C．该电池使用过程中需补充
D．以此电池为电源精炼铜，当有转移时，阴极增重6.4g
【答案】C
【解析】A. 常温下，负极电极反应式：CH4+4 - 8e - =5CO2 +2H2O，1mol甲烷参加反应，转移的电子数为8mol，正极电极反应式O2+4e- +2CO2 =2，需要通入，故A正确；B. 若以甲烷为燃料气时负极电极反应式为CH4+4 - 8e - =5CO2 +2H2O，故B正确；
C. 总反应为燃料和氧气反应，所以使用过程中不需补充，故C错误；D. 以此电池为电源精炼铜，阴极电极反应Cu2++2e-=Cu，当有转移时，增重6.4g，故D正确；选D。
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实验活动5 制作简单的燃料电池
学习目标 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。
重点和难点 重点:了解燃料电池在生产、生活中的应用。 难点:掌握燃料电池在生产、生活中的应用。
【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_____，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
既学既练
1．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
2．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
3．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－
4．下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。
试回答下列问题：
（1）燃料电池的优点是____________________________________________________________；
电解质溶液中的OH－移向________(填“负”或“正”)极。
（2）写出氢氧燃料电池工作时的正极反应式：________________________________________；
负极反应式：___________________________________________________________________
总反应式：_____________________________________________________________________
一、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
实践应用
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.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：
B．正极反应式：
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
4.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+O22H2O
5.如图为某种甲醇燃料电池示意图,工作时电子流向如图所示。下列判断正确的是(　　)
A.X为氧气
B.电极A反应式:CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+
C.B电极附近溶液pH增大
D.电池工作时,溶液中电子由电极B流向电极A
二、燃料电池电极方程式的书写
实践应用
1.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-+H2OMg(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
2.一种新燃料电池,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-+2H2O4OH-
D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为:C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O
3.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
4.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%
5.某实验小组设计如图实验装置探究电化学原理,装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO,下列说法正确的是(　　)
A.Cu电极质量增加
B.装置Ⅱ将化学能转变为电能
C.装置Ⅰ中OH-向多孔电极移动
D.多孔电极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
基础达标
1.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（　　）
A．风力发电机 B．锂离子电池
C．燃气灶 D．硅太阳能电池
2.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
3.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
4.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
5.一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
C．每转移 电子，消耗 的
D．由正极通过固体电解质 YSZ 迁移到负极
6.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
7.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
8.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，下列说法不正确的是

A．a处通入氢气
B．电池每消耗11．2L氢气，电路中通过的电子为
C．右侧的电极反应式为：
D．右侧电极为电池的负极
9.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+
10.某化学兴趣小组的同学用以下装置研究电化学的问题。
（1）甲装置是由铜、锌和稀硫酸组成的原电池，其中正极材料是 ，电池的总反应式用离子方程式表示为 。当导线中有1mol电子通过时，理论上两极的变化是 （填序号）。
A．锌片溶解了32.5g B．锌片增重32.5g
C．铜片上析出lgH2 D．铜片上析1molH2
（2）若乙装置中X、Y都是惰性电极，a是滴有酚酞试液的饱和NaCl溶液。
乙
则：X极上的电极反应式为 ，在X极附近观察到的现象是 ；Y极上的电极反应式为 ，检验该电极反应产物的方法是 。
（3）若要通过乙装置用电解方法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是 ，X极的电极反应式为 。
综合应用
11.下列关于四种电池的叙述正确的是
A．电池Ⅰ中电子的流向：稀硫酸
B．电池Ⅱ中石墨棒上发生还原反应，锌筒会变薄
C．电池Ⅲ是二次电池，充电时电能转化为化学能
D．电池Ⅳ中正极的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-
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.按下图装置实验，若x轴表示负极流出的电子的物质的量，则y轴应表示(　　)
①c(Ag＋)　②c(NO3-)　③a棒的质量　④b棒的质量 ⑤溶液的质量
①③ B．③④ C．①②④ D．②
14.下列实验装置，其中按要求设计正确的是
A B C D
电解饱和食盐水 锌铜原电池 电镀银 电解精炼铜
15.下列有关叙述正确的是
A．装置甲中阴极上析出红色固体
B．装置乙中铜片应与电源负极相连
C．装置丙中外电路电流方向：b极→a极
D．装置丁中阴极的电极反应式：
16.以Fe3O4/Pd为催化材料，利用电化学原理实现用H2消除酸性废水中的目的，其反应过程如图所示[已知Fe3O4中Fe元素化合价为+2、+3价，分别表示为Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)]。下列说法错误的是
A．Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的相互转化起传递电子的作用
B．处理的电极反应式为2+6e-+4H2O=N2↑+8OH-
C．用该法处理后，水体的pH升高
D．消耗标准状况下6.72 L H2，理论上可处理含4.6 mg·L-1的废水2m3
17.将图Ⅰ所示装置通电10 min后，撤掉直流电源，连接成图Ⅱ所示装置，可观察到U形管左侧铁电极表面析出了白色胶状物质，U形管右侧液面上升。下列说法正确的是
A．同温同压下，装置Ⅰ中石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体多
B．装置Ⅱ中铁电极的电极反应式为Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2↓
C．装置Ⅱ中石墨电极的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑
D．装置Ⅰ通电10 min后，铁电极附近溶液的pH降低
17.工业废气、汽车尾气排放出的SO2、NOx等，是形成雾霾的重要因素。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾。烟气中的SO2可以用NaOH溶液吸收，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示。(电极材料为石墨)
（1）用NaOH溶液吸收SO2发生的主要反应的离子方程式为 。
（2）图中，交换膜I应为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
（3）当有1mol Na＋通过阳离子交换膜时，a极生成气体 L(标准状况)。
（4）SO放电的电极反应式为 。
（5）通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因： 。
18.如图为相互串联的甲、乙两电解池，试回答以下问题：
（1）甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A是 极，材料是 ，电极反应式为 ，电解质溶液为 。当一极有纯铜析出时，另一极溶解的铜 (填“大于”“小于”或“等于”)。
（2）乙池中若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后电极附近溶液呈 色，电极反应式为 。
（3）若甲池中电解质溶液为溶液，电解过程中阴极质量增加，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为 L，若此时乙池剩余液体为，则电解后溶液的为 。
拓展培优
19.利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是

A．甲室电极为正极
B．隔膜为阳离子膜
C．电池总反应为：
D．扩散到乙室将对电池电动势产生影响
20.用甲醇燃料电池作电源，用铁作电极电解含Cr2O的酸性废水，处理过程发生反应：Cr2O+6 Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O，最终可将Cr3+转化成Cr(OH)3沉淀而除去，装置如下图。下列说法正确的是
A．Fe(Ⅱ)为阳极
B．M电极的电极反应式为CH3OH＋8OH--6e-=CO＋6H2O
C．电解一段时间后，在Fe(Ⅰ)极附近有沉淀析出
D．电路中每转移6mol电子，最多有1molCr2O被还原
21.我国科学家研究发现，在MnO2/Mn2+氧化还原介质的辅助下，可将电解水分离为制氢和制氧两个独立的过程，从而实现低电压下电解水，其电化学原理如图所示。下列说法错误的是
A．a、c为电源的负极
B．K向左端闭合时，N电极发生的反应为
C．产生等物质的量的和时，N电极质量减小
D．K向右端闭合时，电解过程中的物质的量不变
22.二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池电解含有尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液，用于废水处理，其装置如图所示(装置中c、d均为惰性电极，隔膜仅阻止气体通过)。
下列说法正确的是
A．二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池放电时质子从电极b移向电极a
B．当有0.3NA个质子通过质子交换膜时，产生1120mLN2
C．装置中电子移动方向：电极a→电极d→隔膜→电极c→电极b
D．电极c附近发生的电极反应为CO(NH2)2+8OH-_6e-═ N2+CO+ 6H2O
23.内重整碳酸盐燃料电池(熔融和为电解质)的原理如图所示，下列说法不正确的是
A．常温下，1mol甲烷参加反应正极需要通入
B．以甲烷为燃料气时，负极反应式为
C．该电池使用过程中需补充
D．以此电池为电源精炼铜，当有转移时，阴极增重6.4g
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