實驗08制作簡單的燃料電池高二化學教材實驗大盤點（人教版2019選擇性）

【同步實驗課】制作簡單的燃料電池0101實驗梳理02實驗點撥03典例分析04對點訓(xùn)練05真題感悟【實驗?zāi)康摹?.理解燃料電池的工作原理。2.設(shè)計和制作一個致然料電池?！緦嶒瀮x器】U形管、石墨棒（石墨棒使用前應(yīng)該經(jīng)過烘干活化處理）、3~6V的直流電源、鱷魚夾、導(dǎo)線和開關(guān)、電流表（或發(fā)光二極管、音樂盒等）?！緦嶒炘噭?/p>

1mol/LNa2SO4溶液、酚酞溶液?！緦嶒炓弧恐谱骱唵蔚娜剂想姵貙嶒灢僮鲌D解操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論1.電解水。在U形管中注入1mol/LNa2SO4溶液，然后向其中滴加12滴酚酞溶液。在U形管的兩邊分別插入一根石墨棒。并用鱷魚夾、導(dǎo)線連接電源。閉合K1，接通直流電源開始電解、觀察現(xiàn)象。2.制作一個氫氧燃料電池。當上述電解過程進行1~2min后，打開K1，斷開直流電源。將兩根石墨棒用導(dǎo)線分別與電流表(或發(fā)光二極管、音樂盒等）相連，閉合K2，觀察現(xiàn)象。注入Na2SO4溶液滴加12滴酚酞溶液接通直流電源開始電解1分鐘通電1分鐘后，左側(cè)石墨電極為陽極，有氧氣生成；右側(cè)石墨電極為陰極，有氫氣放出，觀察到U形管右管呈現(xiàn)紅色，說明有堿性物質(zhì)生成。斷開電源后，U形管兩側(cè)石墨電極上附著有大量的氣泡，用電線與電流表相連，發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明有電流產(chǎn)生。電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣分別附著在石墨電極上，用導(dǎo)線與電流表連接，指針偏轉(zhuǎn)，說明氫氣與氧氣構(gòu)成了燃料電池，兩極方程式為正極：O2+4e+2H2O=4OH；負極：2H24e=4H+，在電路中有電流產(chǎn)生。（一）問題與討論：用惰性電極電解電解質(zhì)水溶液的類型總結(jié)1．利用圖中裝置分別電解Na2SO4溶液、NaOH溶液和稀硫酸能產(chǎn)生裝置中的現(xiàn)象嗎？為什么？【解析】能。因為電解Na2SO4溶液、NaOH溶液、稀硫酸實質(zhì)上都是電解水。陽極(A試管內(nèi))發(fā)生：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O；陰極(B試管內(nèi))發(fā)生：4H＋＋4e－=2H2↑。2．利用圖中裝置分別電解飽和NaCl溶液、NaNO3溶液產(chǎn)生的現(xiàn)象相同嗎？為什么？【解析】不相同。因為電解飽和NaCl溶液，陽極(A試管內(nèi))發(fā)生：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極(B試管內(nèi))發(fā)生：2H＋＋2e－=H2↑，若不考慮Cl2、H2的溶解，理論上氣體體積相同；電解NaNO3溶液實質(zhì)是電解水，陽極(A試管內(nèi))發(fā)生：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，陰極(B試管內(nèi))發(fā)生：4H＋＋4e－=2H2↑，兩者的體積比為1∶2。（二）規(guī)律與方法：1.電解類型類型電極反應(yīng)特點例子實際電解對象電解質(zhì)濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解電解質(zhì)型電解質(zhì)的離子放電HClHCl減少增大加HClCuCl2CuCl2減少加CuCl2電解水型陽極OH－放電，陰極H＋放電NaOHH2O增大增大加H2OH2SO4H2O增大減小加H2ONa2SO4，KNO3H2O增大不變加H2O放出氫氣生成堿型陰極H＋放電NaCl電解質(zhì)和水部分離子濃度減少增大加HClKBr加HBr放出氧氣生成酸型陽極OH－放電AgNO3電解質(zhì)和水部分離子濃度減少減小加Ag2OCuSO4加CuO2.燃料電池名稱電解質(zhì)電極反應(yīng)和總反應(yīng)氫氧燃料電池KOH正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－負極：2H2－4e－＋4OH－=4H2O總反應(yīng)：2H2＋O2=2H2OH2SO4正極：O2＋4e－＋4H＋=2H2O負極：2H2－4e－=4H＋總反應(yīng)：2H2＋O2=2H2O甲烷燃料電池KOH正極：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－負極：CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋7H2O總反應(yīng)：CH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O甲醇燃料電池KOH正極：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－負極：2CH3OH＋16OH－－12e－=2COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋12H2O總反應(yīng)：2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O肼燃料電池KOH正極：O2＋2H2O＋4e－=4OH－負極：N2H4＋4OH－－4e－=N2＋4H2O總反應(yīng)：N2H4＋O2=N2＋2H2O（三）深度剖析：1.“三步法”書寫燃料電池電極反應(yīng)式2.電解的相關(guān)計算（1）計算方法有關(guān)電解的計算通常是求電解后某產(chǎn)物的質(zhì)量、氣體的體積、某元素的化合價、元素的相對原子質(zhì)量、溶液的pH及物質(zhì)的量濃度等。不論哪種計算，均可概括為下列三種方法：電子守恒計算用于串聯(lián)電路，通過陰、陽兩極的電量相同等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等總反應(yīng)式計算先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計算關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需要的關(guān)系式（2）等量關(guān)系(1)電解池中陽極失去的電子總數(shù)＝陰極得到的電子總數(shù)。(2)當電流通過一個或多個串聯(lián)的電解池時，它們皆處于同一閉合電路中，所以各池的電流強度相等，同一時間內(nèi)通過的電子的物質(zhì)的量相等。(3)常見電化學計算的對應(yīng)關(guān)系：H2～Cl2～eq\f(1,2)O2～Cu～2Ag～2H＋～2OH－。如電解池中析出氣體時，在同溫同壓下析出各氣體的物質(zhì)的量之比為n(H2)∶n(Cl2)∶n(O2)＝1∶1∶?！镜淅?1】（2023春·河南鄭州·高一統(tǒng)考期末）鄭州宇通客車股份制造的氫燃料電池客車是北京冬奧會體育賽事用車之一，其反應(yīng)原理如下圖。下列說法正確的是A．電極a是負極 B．陰離子移向電極bC．離子導(dǎo)體可以選擇蔗糖溶液 D．電子由電極b沿導(dǎo)線移向電極a【答案】A【解析】A．由分析可知，電極a是負極，A正確；B．原電池中，陰離子移向負極，也就是電極a，B錯誤；C．蔗糖溶液不導(dǎo)電，故離子導(dǎo)體不可以選擇蔗糖溶液，C錯誤；D．電子由負極電極a沿導(dǎo)線移向正極電極b，D錯誤；故選A?！镜淅?2】（2021春·河南·高一統(tǒng)考期末）聯(lián)氨也叫肼，是重要的火箭燃料，可以在氧氣中燃燒生成氮氣和水，利用肼、氧氣與KOH溶液可組成堿性燃料電池。下列說法錯誤的是A．肼的電子式為：B．肼燃料電池總反應(yīng)方程式為：C．電解質(zhì)溶液中，向負極移動D．負極的電極反應(yīng)式為：【答案】D【解析】負極的電極反應(yīng)式為：N2H44e+4OH=N2+4H2O,正極的電極反應(yīng)式為：，肼燃料電池總反應(yīng)方程式為：，負極消耗，電解質(zhì)溶液中，向負極移動。A．肼分子中兩個氮原子間形成一個共價鍵，電子式為：，故A正確；B．肼與氧氣反應(yīng)生成氮氣和水，肼燃料電池總反應(yīng)方程式為：，故B正確；C．原電池內(nèi)部陰離子向負極移動，電解質(zhì)溶液中，向負極移動，故C正確；D．負極的電極反應(yīng)式為：N2H44e+4OH=N2+4H2O，正極的電極反應(yīng)式為：，故D錯誤；故選D。1．（2021春·河南新鄉(xiāng)·高二校聯(lián)考期末）硫化氫空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了發(fā)電、環(huán)保的有效結(jié)合，已知2H2S(g)+O2(g)=S2(s)+2H2O(l)△H=632kJ/mol，下列說法正確的是A．電極a發(fā)生反應(yīng)為還原反應(yīng)B．標準狀況下，每2S參與反應(yīng)，有1molH+經(jīng)固體電解質(zhì)膜進入正極區(qū)C．當電極a的質(zhì)量增加64g時，電池內(nèi)部釋放632kJ的熱能D．電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e=4OH【答案】B【解析】由2H2S(g)+O2(g)=S2(s)+2H2O(l)可知，O2在正極b發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e=2H2O，H2S在負極a發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H2S4e=4H++S2，結(jié)合原電池工作原理和電極反應(yīng)分析判斷。A．電極a為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯誤；B．由電極反應(yīng)式2H2S4e=4H++S2可知，標準狀況下，每2S物質(zhì)的量，H2S參與反應(yīng)，由電極方程式2H2S4e=S2(s)+4H+，有1molH+經(jīng)固體電解質(zhì)膜進入正極區(qū)，故B正確；C．反應(yīng)由化學能轉(zhuǎn)化為電能，電池內(nèi)部釋放的熱能小于632kJ，故C錯誤；D．該電池是質(zhì)子固體做電解質(zhì)，所以電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e=2H2O，故D錯誤；故選：B。2．（2020秋·河南·高二校聯(lián)考階段練習）一種利用藍綠藻制氫貯氫及氫氣應(yīng)用的圖示如圖。下列說法正確的是（

）A．能量的轉(zhuǎn)化方式只有2種B．氫氣液化過程吸收能量C．藍綠藻分解水產(chǎn)生H2，同時釋放能量D．能量利用率：燃料電池比H2直接燃燒高【答案】D【解析】A．圖中能量的轉(zhuǎn)化方式包括光能轉(zhuǎn)化為化學能、化學能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為動能，則至少有3種能量轉(zhuǎn)化方式，故A錯誤；B．物質(zhì)由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)過程釋放能量，故B錯誤；C．水的分解過程為吸熱反應(yīng)，則藍綠藻分解水產(chǎn)生H2，同時吸收能量，故C錯誤；D．氫氣的燃燒先將化學能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能再轉(zhuǎn)化Wie機械能，最后機械能再轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化過程中都有能量損失，燃料電池直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能，避免了能量轉(zhuǎn)化過程中的能量損失，則能量利用率：燃料電池比H2直接燃燒高，故D正確；答案選D。3．（2021秋·河南駐馬店·高三校聯(lián)考階段練習）甲醇燃料電池可使用于筆記本電腦、汽車等。它在一極通入甲醇，另一極通入氧氣，電解質(zhì)是質(zhì)子交換膜，它能傳導(dǎo)氫離子。電池工作時，甲醇被氧化為二氧化碳和水。下列敘述中，不正確的是A．電池的總反應(yīng)是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2OB．負極的反應(yīng)是CH3OH+H2O=CO2+6H++6eC．正極的反應(yīng)是O2+2H2O+4e=4OHD．電池工作時，H+移向正極【答案】C【解析】A．燃料電池中，一極通入甲醇、另一極通入氧氣、電解質(zhì)是質(zhì)子交換膜，則該甲醇燃料電池總反應(yīng)就是甲醇被氧氣氧化生成二氧化碳和水，電池的總反應(yīng)方程式是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，A正確；B．負極CH3OH失去電子被氧化，負極反應(yīng)式是CH3OH+H2O=CO2+6H++6e或CH3OH+H2O6e=CO2+6H+，B正確；C．電解質(zhì)是質(zhì)子交換膜，則正極的反應(yīng)是O2+4H++4e=2H2O，C錯誤；D．遠電池工作時，陽離子移向正極，則H+移向正極，D正確；答案選C。4．（2022秋·河南洛陽·高一宜陽縣第一高級中學校考階段練習）如圖所示是一種酸性燃料電池酒精檢測儀，具有自動吹氣流量偵測與控制的功能，適合進行現(xiàn)場酒精檢測，下列說法不正確的是A．電流由O2所在的鉑電極經(jīng)外電路流向另一電極B．該電池的正極反應(yīng)式為：O2+4e+4H+=2H2OC．該電池的負極反應(yīng)式為：CH3CH2OH+3H2O12e=2CO2↑+12H+D．微處理器通過檢測電流大小而計算出被測氣體中酒精的含量【答案】C【解析】A．乙醇燃料電池中，負極上乙醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，電流由正極流向負極，故A正確；B．燃燒電池通氧氣的極為正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O2+4e+4H+=2H2O，故B正確；C．該電池的負極上乙醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，由裝置圖可知酒精在負極被氧氣氧化發(fā)生氧化反應(yīng)生成醋酸，CH3CH2OH4e+H2O=4H++CH3COOH，故C錯誤；D．根據(jù)微處理器通過檢測電流大小可以得出電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量，根據(jù)電極反應(yīng)式可以計算出被測氣體中酒精的含量，故D正確；故答案為C。5．（2023春·河南安陽·高一統(tǒng)考期末）用CH4和O2組合形成的質(zhì)子(H+)交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法錯誤的是A．電流通過外電路從d極流向c極B．電極c的電極反應(yīng)式為CH48e+2H2O=CO2+8H+C．b氣體為O2D．若電路中轉(zhuǎn)移2mol電子，則該燃料電池理論上消耗的O2在標準狀況下的體積為【答案】D【解析】根據(jù)圖示可知，電子由c極經(jīng)過負載流向d極，故c是負極，電極c的電極反應(yīng)式為CH48e+2H2O=CO2+8H+，d是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4H++4e═2H2O，據(jù)此分析回答問題。A．電流的流向與電子相反，故電流通過外電路從d極流向c極，A正確；B．由以上分析可知，電極c的電極反應(yīng)式為CH48e+2H2O=CO2+8H+，B正確；C．由以上分析可知，b氣體為O2，C正確；D．由以上分析可知，轉(zhuǎn)移4mol電子時，消耗1mol氧氣，電路中轉(zhuǎn)移2mol電子，消耗氧氣，則該燃料電池理論上消耗的O2在標準狀況下的體積為，D錯誤；故選D。6．（2021秋·河南南陽·高三統(tǒng)考期中）以KOH溶液為離子導(dǎo)體，分別組成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清潔燃料電池，下列說法錯誤的是A．放電過程中，K+均向正極移動B．放電過程中，N2H4—O2燃料電池的KOH物質(zhì)的量不變，(CH3)2NNH2—O2燃料電池的KOH物質(zhì)的量減小C．消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時，理論上N2H4—O2燃料電池氣體產(chǎn)物的體積在標準狀況下為【答案】D【解析】A．該燃料電池為原電池，放電過程中，陽離子向正極移動，因此K+均向正極移動，故A正確；B．N2H4—O2燃料電池的總反應(yīng)為：N2H4+O2=N2+2H2O，不消耗KOH；(CH3)2NNH2—O2燃料電池的總反應(yīng)：，消耗KOH，KOH物質(zhì)的量減小，故B正確；C．CH3OH—O2燃料電池的總反應(yīng)為：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，反應(yīng)共轉(zhuǎn)移12e；N2H4—O2燃料電池的總反應(yīng)為：N2H4+O2=N2+2H2O，反應(yīng)共轉(zhuǎn)移4e；(CH3)2NNH2—O2燃料電池的總反應(yīng)：，反應(yīng)共轉(zhuǎn)移16e；設(shè)消耗燃料的質(zhì)量均為xg；則三種物質(zhì)對應(yīng)的物質(zhì)的量分別為：；則三種電池放電量分別為：，通過比較可知，消耗等質(zhì)量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大，故C正確；D．N2H4—O2燃料電池的總反應(yīng)為：N2H4+O2=N2+2H2O；消耗1molO2時，理論上N2H4—O2燃料電池產(chǎn)生氮氣的總量為1mol，在標準狀況下為，故D錯誤；故選D。7．（2023春·河南濮陽·高一濮陽一高校考階段練習）氫燃料電池被譽為氫能源汽車心臟。某種氫燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，下列說法不正確的是A．a(chǎn)處通入氫氣B．電池每消耗11．2L氫氣，電路中通過的電子為C．右側(cè)的電極反應(yīng)式為：D．右側(cè)電極為電池的負極【答案】BD【解析】A．燃料電池的燃料在負極，即a通入H2，A項正確；B．未給出條件，無法計算H2物質(zhì)的量，無法獲得電子數(shù)目，B項錯誤；C．右側(cè)b極為O2發(fā)生還原反應(yīng)，O2+4e?+4H+=2H2O，C項正確；D．右側(cè)為正極，D項錯誤；故選BD。8．（2023春·河南鄭州·高一河南省實驗中學?？计谥校┫铝嘘P(guān)于四種電池的敘述正確的是A．電池Ⅰ中電子的流向：稀硫酸B．電池Ⅱ中石墨棒上發(fā)生還原反應(yīng)，鋅筒會變薄C．電池Ⅲ是二次電池，充電時電能轉(zhuǎn)化為化學能D．電池Ⅳ中正極的電極反應(yīng)式：O2+2H2O+4e=4OH【答案】BC【解析】A．電池Ⅰ為原電池，Zn作負極，電子從鋅流出沿導(dǎo)線流向銅，電子不能通過電解質(zhì)溶液，A錯誤；B．電池Ⅱ為鋅錳干電池，鋅作負極發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅被消耗，鋅筒變薄；石墨作正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；C．電池Ⅲ為鉛蓄電池，是二次電池，充電時將電能轉(zhuǎn)化為化學能，C正確；D．電池Ⅳ為酸性氫氧燃料電池，氧氣在正極反應(yīng)得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O2+4H++4e?=2H2O，D錯誤；故選BC。1．（2021·河南·統(tǒng)考三模）目前，某研究團隊對基催化劑光催化還原轉(zhuǎn)化為燃料甲醇(原理如圖所示)進行研究，取得了大成果。下列說法正確的是A．CB極的電勢低于VB極的電勢B．CB極發(fā)生的反應(yīng)是C．光照下基產(chǎn)生電子D．總反應(yīng)式為【答案】C【解析】A．在光照下，CB極表面聚集了由二氧化鈦基轉(zhuǎn)移過來的電子，因此CB極的電勢高于VB極的電勢，故A錯誤；B．CB極上得到電子生成甲醇，發(fā)生還原反應(yīng)，故B錯誤；C．根據(jù)圖示，反應(yīng)過程中在光照下產(chǎn)生電子，故C正確；D．VB極上水失去電子生成氧氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，CB極上得到電子生成甲醇，發(fā)生還原反應(yīng)，總反應(yīng)式為，反應(yīng)條件不是通電，故D錯誤；故選C。2．（2021·河南·統(tǒng)考一模）熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO陰極、多孔陶瓷電解質(zhì)(熔融堿金屬碳酸鹽)隔膜、多孔金屬Ni陽極、金屬極板構(gòu)成的燃料電池。工作時，該電池的陰極(正極)反應(yīng)為O2+2CO2+4e=2CO，下列有關(guān)說法中錯誤的是A．該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應(yīng)速率B．該類電池的H2不能用CO、CH4等替代C．該電池工作時，要避免H2、O2的接觸D．放電時，陽極(負極)反應(yīng)式為2H2+2CO4e=2CO2+2H2O【答案】B【解析】該燃料電池中，通入燃料氫氣的電極是負極，通入氧化劑氧氣的電極是正極，負極反應(yīng)式為H22e+CO=CO2+H2O，正極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e═2CO，放電時，電解質(zhì)中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。A．升高溫度能加快反應(yīng)速率，該電池較高的工作溫度加快了陰、陽極的反應(yīng)速率，故A正確；B．還原性物質(zhì)在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，該類電池的H2可以用CO、CH4等替代，故B錯誤；C．H2、O2混合物在一定條件下可能發(fā)生爆炸，該電池工作時，要避免H2、O2的接觸，防止爆炸，產(chǎn)生安全事故，故C正確；D．放電時，氫氣失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極(負極)反應(yīng)式為2H2+2CO4e=2CO2+2H2O，故D正確；故選B。3．（2019·河南安陽·統(tǒng)考一模）下圖是一種微生物燃料電池