高中化学燃料电池完全解析
2022化学规范练17原电池化学电源含解析
原电池化学电源（时间：45分钟满分：100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。
每小题只有一个选项符合题目要求）1.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示,其中NH3被氧化为常见无毒物质。
下列说法错误的是()。
A。
溶液中OH—向电极a移动B。
电极b上发生还原反应C.负极的电极反应式为2NH3+6OH—-6e-N2+6H2OD。
理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4解析：电极a上NH3发生氧化反应生成N2,则电极a为负极，电极b为正极,原电池中,阴离子向负极移动,故A项正确；电极b 为正极，正极上发生还原反应，B项正确;负极上NH3失电子生成N2和H2O,电极反应式为2NH3+6OH——6e-N2+6H2O，C项正确；由电池反应4NH3+3O22N2+6H2O可知，理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶3,D项错误。
2。
人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料.科学家用氮化镓材料与铜组装如图所示的人工光合系统,成功地实现了以CO2与H2O合成CH4,下列说法错误的是（).A.GaN表面发生氧化反应,有O2产生B.相同条件下，生成的O2和CH4体积比为2∶1C.产生22。
4 L O2时,电解液中H+从右向左迁移4 gD。
Cu表面的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O解析：根据题给装置图中电子的流向可确定GaN电极为负极,发生反应：4H2O—8e-8H++2O2↑,GaN表面发生氧化反应,A项正确;Cu电极的电极反应式为CO2+8H++8e—CH4+2H2O，根据得失电子守恒知，相同条件下生成O2和CH4的体积比为2∶1，B、D项正确；没有给出气体所处的状态,不能用标准状况下的气体摩尔体积进行计算，且电解液中H+从左向右迁移，C项错误.3.科学家最新开发的一种新原理二次电池的能量密度是现行锂电池的7倍,该电池结构如图所示,下列有关说法正确的是（）。
高中化学选修四燃料电池
法正确的是 A. 在熔融电解质中，O2-由负极移向正极
B、C
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-＝2O2D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：
C4H10＋26e-＋13O2-＝4CO2＋5H2O
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例5、我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型 海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝 不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟， 就会发出耀眼的白光。 电源负极材料为：铝； 电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。 负极的电极反应式为： 4Al－12e－= 4A；l3+ 正极的电极反应式为： 3O2+6H2O+12e－。=12OH－ 总反应式为： 4Al+3O2+6H2O = 4Al。(OH)3 说明:铝板要及时更换, 铂做成网状是为了 增大与氧气的接触. 面积
⑴2C4H10+13O2=8CO2+10H2O
⑵正极：O2＋2CO2 +4e-=2CO32-，
负极：2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O
⑶CO2 从负极反应产物中来
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例4、一种新型燃料电池，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-。下列对该燃料电池说
7
第二步，再写出燃料电池的正极反应式；
⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸） 在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结 合的微粒有H这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为
O2＋4H++4e- =2H2O。
化学物质的燃料电池
化学物质的燃料电池燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的设备。
其工作原理是通过氧化还原反应在不经过传统燃烧过程的情况下释放能量，并将能量转化为电流。
化学物质的燃料电池是其中一种类型的燃料电池，它采用化学物质作为燃料，通过反应过程生成电能。
一、化学物质燃料电池的原理化学物质燃料电池的主要原理是利用特定的化学反应，将燃料氧化剂与还原剂通过电子传导体反应来释放能量。
燃料电池通常包括阳极、阴极和电解质三个主要部分。
电解质常使用钠、铝等物质来增强离子传导性能。
化学物质燃料电池通过向阳极供应燃料来生成电流。
在阳极上，燃料氧化产生电子和正离子。
电子通过外部电路进入阴极，而正离子则穿过电解质传导到达阴极。
在阴极上，氧气与电子和正离子发生还原反应，生成水和其他副产品。
整个过程实现了将化学能转化为电能的目标。
二、化学物质燃料电池的种类化学物质燃料电池有多种类型，不同的类型基于不同的燃料选择。
以下是几种常见的化学物质燃料电池：1. 氢气燃料电池：氢气燃料电池使用氢气作为燃料，在阳极上氧化生成电子和正离子，而在阴极上与氧气发生还原反应，生成水。
氢气燃料电池相较于其他化学物质燃料电池具有高能量转化效率和零排放的特点。
2. 甲醇燃料电池：甲醇燃料电池使用甲醇作为燃料，在阳极上氧化生成电子和正离子。
阴极上与氧气发生还原反应，生成二氧化碳和水。
甲醇燃料电池被广泛用于小型便携设备和交通工具。
3. 乙醇燃料电池：乙醇燃料电池使用乙醇作为燃料，并通过电化学反应将其转化为电能。
乙醇燃料电池具有高能量密度和低温度操作的优点，适用于家庭发电等应用场景。
4. 氨燃料电池：氨燃料电池使用氨气作为燃料，在阳极上通过氨气氧化生成电子和正离子。
阴极上与氧气发生还原反应，生成水和氮气。
氨燃料电池具有高能量密度和易于贮存的特点。
三、化学物质燃料电池的应用化学物质燃料电池作为一种高效、环保的能源转换技术，已经在各个领域得到广泛应用。
1. 车辆动力：由于化学物质燃料电池具有高能量密度和零排放的特点，它被视为未来汽车动力系统的理想选择。
高三化学燃烧热能源试题答案及解析
高三化学燃烧热能源试题答案及解析1.（8分）甲醇（CH3OH)被称为21世纪的新型燃料，以煤为原料制备甲醇的流程如下：（1）气化炉中主要反应的化学方程式为。
（2）已知CO、H2、甲醇(l)的燃烧热分别为：—285.8 kJ/mol、—283 kJ/mol、—726.5 kJ/mol；则CO和H2合成甲醇的热化学方程式为__ __（3） -定条件下，在催化反应室中发生反应.CO(g)+2H2(g) =CH3OH(g)△H<0;CO 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
回答下列问题：①工业上，上述反应温度不宜过高，原因是_ ___；②若反应是1 mol CO与2 mol H2在2L容积中进行，则T1、P1下，该反应的平衡常数为__ __；维持温度、容积不变，催化反应室再增加l mol CO与2 molH2，达到新平衡时，CO的转化率____（填“增大”、“减小”或“不变”）。
【答案】（1）C+ H2O (g)CO+H2（2）CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-125.3kJ/mol（3）①该反应是放热反应，温度过高，甲醇的产率低；②4 增大【解析】（1）气化炉中发生的反应是生成水煤气的反应，化学方程式为C+ H2O (g)CO+H2（2）CO和H2合成甲醇的化学方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)，该反应的反应热△H与CO、H2、甲醇(l)的燃烧热的关系是△H="—285.8" kJ/mol+2×（—283 kJ/mol）-（—726.5 kJ/mol）=-125.3kJ/mol，所以CO和H2合成甲醇的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-125.3kJ/mol；（3）①该反应放热，温度过高，不利于正反应的进行，甲醇的产率降低；②T1、P1下，CO的转化率是50%，所以平衡时甲醇的浓度为1mol/2L×50%=0.25mol/L，CO的平衡浓度也是0.25mol/L,氢气的平衡浓度是CO的2倍0.5mol/L，所以该条件下的平衡常数K=0.25mol/L/0.25mol/L×0.52mol/L=4(L/mol)2；维持温度、容积不变，催化反应室再增加l molCO与2 molH2，CO与H2的比例与原平衡相同，等效为增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，CO的转化率增大。
高中高三化学一轮复习 2.2发展中的化学电源精选课时练12高三2化学试题
然顿市安民阳光实验学校2.2发展中的化学电源（1）1、人造地球卫星用到的一种高能电池﹣﹣银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：Zn+2OH﹣﹣2e﹣═ZnO+H2↑，Ag2O+H2O+2e﹣═2Ag+2OH﹣．据此判断氧化银是（）A．负极，被氧化 B．正极，被还原C．负极，被还原 D．正极，被氧化【答案】B【解析】根据化合价可知，电极反应中银的化合价降低，被还原；原电池中较活泼的金属做负极，另一电极作正极，发生还原反应，所以氧化银为正极，得电子被还原．故选B．2、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn（OH）2Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A．Ag B．Zn（OH）2C．Ag2O D．Zn【答案】D【解析】在银锌二次电池中，根据反应：2Ag+Zn（OH）2Ag2O+Zn+H2O，放电时为原电池，活泼金属做负极，失电子发生氧化反应，根据电极反应应为锌．故选D．3、如图是干电池构造示意图，下列说法错误的是（）A．最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一次性电池B．电池使用过程中，锌会逐渐溶解：Zn=Zn2++2e﹣C．锌锰电池即使不用，放置过久，也会失效D．锌锰干电池内的电解质NH4Cl可以换成HCl溶液【答案】D【解析】A．锌锰电池不能反复充电放电，是一次性电池，故A正确；B．Zn在负极失电子，逐渐溶解，则电池使用过程中，锌会逐渐溶解：Zn=Zn2++2e ﹣，故B正确；C．干电池中的电解质溶液易与锌反应减小电解质的量和电极材料的量，所以锌锰干电池即使不用，长久放置也会失效，故C正确；D．HCl溶液的酸性较强，能与Zn反应，把电解质NH4Cl可以换成HCl溶液会使锌桶被腐蚀，故D错误．故选D．4、燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它的原理是原电池原理，可进行能量的转换。
以CH4为燃料时，另一极通入氧气，以KOH为电解质溶液，产物为碳酸钾和水，二氧化碳的排放量比常规发电减少40%以上。
2022年中考化学复习母题解析专题16燃料的开发与利用
③天然气的使用可有效减少酸雨形成。下列现象与酸雨有关的是______。
A．石刻文物被腐蚀B．全球海平面上升
（2）工业上以CH4为原料生产H2，制取原理如下图所示：
已知变换塔、洗涤塔发生的主要反应依次是：
，
①“转化炉”中有H2产生，参加反应的CH4与H2O的质量比 ______。
D.糖类是人体最主要的供能物质，人体能维持恒定体温，主要是糖类在酶的催化下转变成CO2和H2O，放出热量，故D错误。
故选：C。
【点睛】
【命题意图】
本题考查化学反应中的能量变化情况
命题方向】
考查不同化学反应的吸热和放热情况，以及能量对人类生产生活的重要意义。
【得分要点】
1．化学反应中的能量变化通常为放热或者吸热
（1）放热现象：物质的燃烧，金属与酸的反应等过程中都伴随着放热的现象。
（2）吸热现象：高锰酸钾分解，碳和二氧化碳的反应等过程中都伴随着吸热的现象。
2．人类生活对化学能的利用
（1）生活燃料的利用：如取暖、做饭等。
（2）利用燃料燃烧产生的能量：如火力发电、烧制陶瓷、冶金、发射火箭等。
（3）利用爆炸产生的能量：如开山炸石、拆除违章建筑等。
【母题来源】2021年中考四川绵阳卷
【母题题文1】
3.化石燃料的使用促进了经济发展，也带来了一些问题，如对环境造成不良影响，造成资源枯竭等。下列说法错误的是
A.我国大力推广脱硫煤，有助于减少酸雨
B.埋于海底的可燃冰将来可能替代化石燃料
C.使用乙醇汽油作燃料，可节约石油资源
D.使发动机内汽油充分燃烧可减少CO2排放
（4）利用食物在体内发生化学反应放出的能量，可维持体温和日常活动所需的能量。
人教高一化学必修二第六章 化学反应与能量 (讲义及答案)含答案解析
人教高一化学必修二第六章化学反应与能量 (讲义及答案)含答案解析一、选择题1．将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔性碳棒)持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷体积V L。
则下列说法正确的是A．OH－由A端移向B端B．0＜V≤22.4 L时，电池总反应的化学方程式为CH4 ＋2O2 ＋KOH=KHCO3 ＋2H2OC．22.4 L＜V≤44.8 L时，负极电极反应为：CH4 ＋9CO32-＋3H2O－8e－=10HCO3-D．V＝33.6 L时，溶液中阴离子浓度大小关系为c(CO32-)＞c(HCO3-)＞c(OH－)【答案】C【解析】【分析】n（KOH）=2mol/L×1L=2mol，可能先后发生反应①CH4+2O2=CO2+2H2O、②CO2+2KOH=K2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。
【详解】A、燃料电池中，通入CH4的一端为原电池的负极，通入空气的一端为原电池的正极，在原电池中阴离子向负极移动，OH-由B端移向A端，故A错误；B、当0＜V≤22.4L时，0＜n（CH4）≤1mol，则0＜n（CO2）≤1mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，故B错误；C、当22.4 L＜V≤44.8L，1mol＜n（CH4）≤2mol，则1mol＜n（CO2）≤2mol，发生反应①②③，得到K2CO3和KHCO3溶液，则负极反应式为CH4-8e-+9CO32-+3H2O=10HCO3-，故C 正确；D、当V=33.6L时，n（CH4）=1.5mol，n（CO2）=1.5mol，则电池总反应式为3CH4+6O2+4KOH=K2CO3+2KHCO3+7H2O，则得到0.5molK2CO3和1molKHCO3的溶液，则c （HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-），故D错误；故选C。
三年高考2019高考化学试题分项版解析 专题17 电化学原理综合应用(含解析)
——————————新学期新成绩新目标新方向——————————专题17 电化学原理综合应用1．【2018天津卷】CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。
回答下列问题：（3）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4所示。
该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式：________。
电池的正极反应式：6O2+6e−6O2−6CO2+6O2−3C2O42−反应过程中O2的作用是________。
该电池的总反应式：________。
【答案】Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）催化剂 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3【解析】2．【2018江苏卷】NO x（主要指NO和NO2）是大气主要污染物之一。
有效去除大气中的NO x是环境保护的重要课题。
（2）用稀硝酸吸收NO x，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。
写出电解时阳极的电极反应式：____________________________________。
【答案】（2）HNO 2−2e−+H2O3H++NO3−【解析】精准分析：（2）根据电解原理，阳极发生失电子的氧化反应，阳极反应为HNO2失去电子生成HNO3，1molHNO2反应失去2mol电子，结合原子守恒和溶液呈酸性，电解时阳极电极反应式为HNO2-2e-+H2O=NO3-+3H+。
3．【2018新课标1卷】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。
回答下列问题：（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
阳极的电极反应式为_____________。
电解后，__________室的NaHSO3浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
【答案】（3）2H2O－4e－＝4H＋+O2↑ a【解析】4．【2018新课标1卷】我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。
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高中化学燃料电池完全解析
燃料电池(Fuel Cell)是利用氢气、碳、甲醇、硼氢化物、天然气等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化成电能的一类原电池。
【解法模板】
理顺书写燃料电池电极反应式的三大步骤 1．先写出燃料电池总反应式
虽然可燃性物质与氧气在不同的燃料电池中电极反应不同，但其总反应方程式一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。
由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物还可能要与电解质溶液反应，然后再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式相加，从而得到总反应方程式。
2．再写出燃料电池正极的电极反应式
由于燃料电池正极都是O 2得到电子发生还原反应，基础反应式为O 2＋4e －
===2O 2－
，由于电解质的状态和电解质溶液的酸碱性不同，电池正极的电极反应也不相同。
电解质为固体时，该固体电解质在高温下可允许O 2－
在其间自由通过，此时O 2－不与任何离子结合，正极的电极反应式为O 2＋4e －
===2O 2－。
电解质为熔融的碳酸盐时，正极
的电极反应式为O 2＋2CO 2＋4e －
===2CO 32－。
当电解质为中性或碱性环境时，正极的
电极反应式为：O 2＋4e －＋2H 2O===4OH －
；当电解质为酸性环境时，正极的电极反应式为：O 2＋4e －
＋4H ＋
===2H 2O 。
3．最后写出燃料电池负极的电极反应式
由于原电池是将氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分开在两极(负、正两极)上发生，故燃料电池负极的电极反应式＝燃料电池总反应式－燃料电池正极的电极反应式。
在利用此法写出燃料电池负极的电极反应式时一要注意消去总反应和正极反应中的O 2，二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。
【例题】
锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH 溶液，反应为2Zn ＋O 2＋4OH －
＋2H 2O===2【Zn(OH)4】2－。
下列说法正确的是( ）
A ．充电时，电解质溶液中K ＋
向阳极移动
B ．充电时，电解质溶液中c (OH －
)逐渐减小
C ．放电时，负极反应为：Zn ＋4OH －－2e －===【Zn(OH)4】2
－
D ．放电时，电路中通过2 mol 电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
【答案】C
【解析】A 项，充电时，电解质溶液中K ＋
向阴极移动，错误；B 项，充电时，总反
应方程式为2【Zn(OH)4】2－
通电=====
2Zn ＋O 2＋4OH －
＋2H 2O ，所以电解质溶液中c (OH
－
)逐渐增大，错误；C 项，在碱性环境中负极Zn 失电子生成的Zn 2＋
将与OH ―结合生
成【Zn(OH)4】2－
，正确；D 项，O 2～4e －
，故电路中通过2 mol 电子，消耗氧气0.5 mol ，
在标准状况体积为11.2 L ，错误。
【实例】
1．二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本提高了效益，其原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A ．Pt1电极附近发生的反应为：SO 2＋2H 2O －2e －
===SO 42－
＋4H ＋
B ．Pt2电极附近发生的反应为O 2＋4e －===2O 2
－
C ．该电池放电时电子从Pt1电极经过外电路流到Pt2电极
D ．相同条件下，放电过程中消耗的SO 2和O 2的体积比为2∶1 1．B
【解析】电池总反应是2SO 2＋O 2＋2H 2O===2H 2SO 4，Pt1为负极，电极反应式为：SO 2
＋2H 2O －2e －
===SO 42－
＋4H ＋，Pt2为正极，电极反应式为：O 2＋4e －＋4H ＋
===2H 2O ，
A 、C 、D 正确，
B 错误。
2．利用碳纳米管能够吸附氢气，设计一种新型二次电池，其装置如图所示。
关于该电池的叙述不正确的是( )
A．电池放电时K＋移向正极
B．电池放电时负极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．电池充电时镍电极上NiOOH转化为Ni(OH)2
D．电池充电时碳纳米管电极与电源的负极相连
2．C
【解析】本题考查二次电池的反应原理，意在考查考生对原电池原理和电解原理的理解和综合应用能力。
原电池放电时，阳离子向正极移动，A项正确；该电池中H2在负极上失电子，发生氧化反应，因电解质溶液为碱性溶液，故OH－参与反应，B项正确；放电时，正极(镍电极)上发生化合价降低的还原反应，即由NiOOH转化为Ni(OH)2，充电时正好相反，由Ni(OH)2转化为NiOOH，C项错误；充电时，该新型二次电池在外加电流的作用下，碳纳米管电极上发生还原反应，故碳纳米管电极作阴极，与电源负极相连，D项正确。
3．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。
一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如下图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。
下列关于该电池的叙述正确的是( )
A．b极发生氧化反应
B．a极的反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
C．放电时，电流从a极经过负载流向b极
D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
3．B
【解析】燃料电池燃料(N2H4)在负极(a极)发生氧化反应N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，O2在正极发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH－在正极生成，移向负极消耗，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。
4．如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是( )
A．分子组成为C m(H2O)n的物质一定是糖类
B．微生物所在电极区放电时发生还原反应
C.放电过程中，H＋从正极区移向负极区
D．正极反应式为：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O
4．D
【解析】分子组成为C m(H2O)n的物质不一定是糖类，如乙酸的分子组成为C2(H2O)2，A错误；由电池示意图可知，微生物所在电极区C m(H2O)n转化为CO2，发生的是氧化反应，是负极，则另一极是正极，MnO2发生还原反应在酸性条件下生成Mn2＋，B 错误，D正确；放电时发生的是原电池反应，H＋应该从负极区移向正极区，C错误。
5．SO2、CO、CO2、NO x是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。
（1）利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料，装置如图所示：
（2）某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5。