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人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池导学案及答案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池导学案及答案，共15页。学案主要包含了 能力打底 概念辨析， 氢氧燃料电池， 燃料电池电极反应式的书写等内容，欢迎下载使用。
1. 认识化学能与电能相互转化的实际意义及重要作用。
2. 掌握燃料电池的工作原理，会书写电极反应式。
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH溶液作电解质。关于氢氧燃料电池：
(1) H2在负极发生氧化反应。( √ )
(2) 燃料电池的能量转化率可达100%。( × )
(3) 是一种高效、环保的发电装置。( √ )
(4) 负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。( √ )
(5) 正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。( √ )
(6) 供电时的总反应为2H2＋O2===2H2O。( √ )
二、 氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。
三、 燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出电池总反应式。
如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)中发生的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
①＋②得燃料电池总反应式为 CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O 。
第二步：写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：
① 酸性电解质溶液环境下的电极反应式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O 。
② 碱性电解质溶液环境下的电极反应式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 。
③ 熔融金属氧化物(如Li2O高温下能传导O2－)环境下的电极反应式： O2＋4e－===2O2－ 。
④ 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下的电极反应式： O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3) 。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出负极反应式。
电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
类型1 氢氧燃料电池
如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法中正确的是( C )
A. 该系统中只存在3种形式的能量转化
B. 装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D. 装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能之间的完全转化
[解析] 该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为机械能多种能量转化形式，A错误；装置Y为原电池，负极发生氧化反应，应是H2发生氧化反应，B错误；装置X的作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气)，C正确；化学能与电能之间不可能完全转化，D错误。
类型2 有机物燃料电池
一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如右图所示。下列有关该电池的说法正确的是( D )
A. 反应CH4＋H2Oeq \(=====,\s\up12(催化剂),\s\d10(△))3H2＋CO，每消耗 1 ml CH4转移12 ml 电子
B. 电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C. 电池工作时，COeq \\al(2－,3)向电极B移动
D. 电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
[解析] 由碳元素化合价变化可知，每消耗1 ml CH4转移6 ml电子，A错误；电极A为负极，电极反应为H2＋CO＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===H2O＋3CO2，B错误；电池工作时，COeq \\al(2－,3)向负极即电极A移动，C错误；电极B是正极，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，D正确。
类型3 新型燃料电池
新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(已知NaBH4中H为－1价)，有关该电池的说法正确的是( B )
A. 电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性
B. 电池负极区的电极反应式：BHeq \\al(－,4)＋8OH－－8e－===BOeq \\al(－,2)＋6H2O
C. 放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D. 在电池反应中，每消耗1 L 6 ml/L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为6×6.02×1023
[解析] 电极B采用MnO2，为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，MnO2既作电极材料又有催化作用，A错误；负极发生氧化反应，电极反应式为BHeq \\al(－,4)＋8OH－－8e－===BOeq \\al(－,2)＋6H2O，B正确；放电时， Na＋向正极移动，C错误； 在电池反应中，每消耗1 L 6 ml/L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12×6.02×1023，D错误。
1. 右图为氢氧燃料电池的原理示意图，据图分析下列说法中错误的是( B )
A. a电极是负极
B. b电极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
[解析] 从图中可看出a电极处通入的是H2，b电极处通入的是O2，该电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，故a电极处H2失电子被氧化，a电极为负极；相对应的b电极为正极，b电极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。B错误。
2. 右图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法中错误的是( B )
A. 左侧电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B. 正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
D. 该电池提供1 ml电子，消耗氧气0.25 ml
[解析] 负极反应式为2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋，正极反应式为3O2＋12e－＋12H＋===6H2O；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；当电池提供1ml电子时，消耗O2为1×eq \f(3,12) ml＝0.25ml。故选B。
3. (2023·盐城模拟)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如右图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VOeq \\al(3－,4)＋2B(OH)eq \\al(－,4)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( B )
A. 负载通过0.04ml电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应
B. 正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C. 电池总反应式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \\al(－,4)＋4VOeq \\al(3－,4)
D. 电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
[解析] 根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应，生成VOeq \\al(3－,4)和B(OH)eq \\al(－,4)，电极反应式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应，生成OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池的总反应式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \\al(－,4)＋4VOeq \\al(3－,4)，据此分析。当负极通过0.04 ml 电子时，正极也通过0.04 ml电子，根据正极的电极反应式，通过0.04 ml 电子消耗0.01 ml氧气，在标准状况下为0.224 L，A正确；反应过程中正极生成大量的OH－，使正极区pH升高，负极消耗OH－，使负极区pH降低，B错误；根据分析，电池的总反应式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \\al(－,4)＋4VOeq \\al(3－,4)，C正确；电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极→负载→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确。
4. 写出不同环境下的甲烷燃料电池的正、负极的电极反应式和总反应式。
(1) 酸性介质(如H2SO4)
负极： CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ ；
正极： 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O ；
总反应式： CH4＋2O2===CO2＋2H2O 。 (2) 碱性介质(如KOH)
负极： CH4－8e－＋10OH－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O ；
正极： 2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ ；
总反应式： CH4＋2O2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋3H2O 。
(3) 熔融金属氧化物(如ZrO2高温下能传导O2－)
负极： CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O ；
正极： 2O2＋8e－===4O2－ ；
总反应式： CH4＋2O2===CO2＋2H2O 。 (4) 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
负极： CH4－8e－＋4COeq \\al(2－,3)===5CO2＋2H2O ；
正极： 2O2＋8e－＋4CO2===4COeq \\al(2－,3) ；
总反应式： CH4＋2O2===CO2＋2H2O 。
1.(2022·常熟中学)科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO。其过程如下：
Ⅰ.mCeO2eq \(――→,\s\up12(太阳能),\s\d10(①))(m－x)CeO2·xCe＋xO2
Ⅱ.(m－x)CeO2·xCe＋xH2O＋xCO2eq \(――→,\s\up12(900℃),\s\d10(②))mCeO2＋xH2＋xCO
下列说法错误的是( C )
A. 该过程中CeO2没有消耗
B. 该过程实现了太阳能向化学能的转化
C. 上图中ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D. 以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO＋4OH－－2e－===COeq \\al(2－,3)＋2H2O
[解析] 通过太阳能实现的总反应为H2O＋CO2===CO＋H2＋O2，该过程中CeO2没有消耗，作催化剂，A正确；该过程是在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO，B正确；由图根据盖斯定律，可得ΔH1＝－(ΔH2＋ΔH3)，C错误；电解质为碱性溶液的燃料电池，CO在负极发生氧化反应生成COeq \\al(2－,3)，D正确。
2. 某种质子交换膜燃料电池如右图所示，下列说法中正确的是( B )
A. a极为该电池的负极，发生还原反应
B. 正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
C. 质子(H＋)通过质子交换膜移向a极
D. 该燃料电池的能量转化率可达到100%
[解析] a极通入的是氢气，为该电池的负极，发生失去电子的氧化反应，A错误；正极通入氧气，发生得到电子的还原反应，氢离子移向正极，则正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B正确；燃料电池中阳离子向正极移动，则质子(H＋)通过质子交换膜移向b极，C错误；该燃料电池的能量转化率不可能达到100%，D错误。
3. 锌－空气电池适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时，Zn转化为ZnO(工作原理如右图所示)。下列说法中正确的是( C )
A. 该电池的正极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B. 该电池放电时电子经KOH溶液向石墨电极移动
C. 该电池的锌电极是负极
D. 氧气在石墨电极上发生氧化反应
4. 一种镁氧电池的工作原理如右图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法中正确的是( A )
A. 电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2
B. 负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
C. 活性炭可以增大O2在负极上的反应速率
D. 电子的移动方向由电极b经外电路到电极a
[解析] 负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，得失电子相同的条件下，将正、负极电极反应式相加得电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2, A正确，B错误；通入O2的电极是正极，活性炭可以增大O2在正极上的反应速率， C错误；Mg作负极、活性炭作正极，电子从负极a经外电路到正极b, D错误。
5.(2023·东台模拟)银铝电池具有能量密度高的优点，其工作原理如右图所示，电池放电时的反应为2Al＋3Ag2O＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]＋6Ag。下列说法错误的是( C )
A. Al为电源负极
B. 正极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C. 放电时负极区pH增大
D. 放电时Na＋通过交换膜向右侧移动
[解析] 由反应式可知，放电时Al被氧化，因此Al为电源负极，A正确；Ag2O为电源正极，放电时被还原成Ag，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B正确；负极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，反应时负极区c(OH－)减小，则pH减小，C错误；电池放电时，阳离子移向正极，因此Na＋通过交换膜向右侧移动，D正确。
6.(2023·苏州期中)微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如右图所示。该电池工作时，下列说法错误的是( D )
A. M极是电池的负极
B. CH3OH在电极上发生氧化反应
C. N电极附近溶液的pH增大
D. 若0.1 mlCr2Oeq \\al(2－,7)参加反应，则有0.8 mlH＋从交换膜右侧向左侧迁移
[解析] 由分析可知，M电极为原电池的负极，A正确；在微生物和水分子作用下，甲醇在负极失去电子，发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子，B正确；电极N为正极，在正极还原菌作用下，氧气、重铬酸根离子在酸性条件下发生还原反应，生成水、氢氧化铬，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O、Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3＋H2O，原电池工作时放电消耗氢离子，溶液中氢离子浓度减小，所以N电极附近溶液的pH增大，C正确；由C项分析可知，若有0.1 ml重铬酸根离子参加反应，从交换膜右侧向左侧迁移的氢离子的物质的量大于0.8 ml，D错误。
7.(2023·镇江模拟)一种液态肼(N2H4)燃料电池被广泛应用于发射通信卫星、战略导弹等的运载火箭中。该燃料电池以固体氧化物为电解质，生成物为无毒、无害的物质。下列有关该电池的说法正确的是( D )
A. 电子沿“电极a→用电器→电极b→电解质→电极a”的路径流动
B. 电极a上的电极反应为N2H4＋2O2－＋4e－===N2↑＋2H2O
C. 当电极a上消耗1 mlN2H4时，电极b上被氧化的O2在标准状况下的体积为22.4 L
D. 该电池在常温下不能工作
[解析] 燃料电池工作时，电子不能经过电解质，A错误；由分析可知，通入肼的一极为负极，在氧离子参与下，肼在负极上失去电子发生氧化反应，生成氮气和水，电极反应式为N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O，B错误；由电池总反应N2H4＋O2===N2＋2H2O可知，当电极a上消耗1 mlN2H4时，电极b上有1 mlO2被还原，在标准状况下的体积是22.4 L，C错误；由分析可知，燃料电池以固体氧化物为电解质，需要高温条件，该电池在常温下不能工作，D正确。
8. 镁－次氯酸盐燃料电池具有比能量高、安全方便等优点。该电池的正极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，关于该电池的说法中正确的是( C )
A. 该电池中镁为负极，发生还原反应
B. 电池工作时，OH－向正极移动
C. 该电池的总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－
D. 电池工作时，正极周围溶液的pH变小
[解析] 次氯酸盐在正极发生还原反应，则Mg为负极，发生氧化反应，A错误；电池工作时，阴离子向负极移动，B错误；负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，将正、负极反应式相加可得总反应，C正确；根据正极反应式可知，电池工作时，正极周围溶液的 c(OH－) 增大，pH增大，D错误。
9.(2023·通州模拟)一种新型的锂－空气电池的工作原理如右图所示。下列关于该电池的说法中正确的是( A )
A. 电池总反应为4 Li＋O2＋2H2O===4 LiOH
B. 可将有机电解液改为水溶液
C. 金属锂作正极，发生氧化反应
D. 当有22.4 LO2被还原时，溶液中有4 mlLi＋向多孔碳电极移动
[解析] 负极反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，则电池总反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，A正确；因为金属锂可与水反应，则不可将有机电解液改为水溶液，B错误；金属锂作负极，失电子，发生氧化反应，C错误；未指明为标准状况，则不能计算22.4 LO2的物质的量，故不能计算移向多孔碳电极的Li＋的物质的量，D错误。
10. (2022·南通中学)某燃料电池可实现NO和CO的无害转化，其结构如右图所示。下列说法正确的是( C )
A. 石墨Ⅰ电极上发生氧化反应
B. 电池工作时，Na＋向石墨Ⅱ电极处移动
C. 石墨Ⅱ电极上的反应式为CO－2e－＋O2－===CO2
D. 电路中每通过6 ml电子，生成1 ml N2
[解析] 石墨Ⅰ电极上NO发生反应生成N2，氮元素化合价降低，属于还原反应，A错误；电池工作时，Na＋向正极移动，即向石墨Ⅰ电极处移动，B错误；石墨Ⅱ为负极，发生氧化反应，电极反应式为CO－2e－＋O2－===CO2，C正确；氮元素的化合价由＋2降低为0，每生成1 ml N2得到4 ml电子，则电路中每通过6 ml电子，生成1.5 ml N2，D错误。
11. (2022·常州中学)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是( A )
A. HS－在硫氧化菌作用下转化为SOeq \\al(2－,4)的反应为HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋
B. 电子从电极b流出，经外电路流向电极a
C. 如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化
D. 若该电池电路中有0.4 ml电子发生转移，则有0.2 ml H＋通过质子交换膜
[解析] 由图可知硫酸盐还原菌可以将有机物氧化成CO2，而硫氧化菌可以将HS－氧化成SOeq \\al(2－,4)，所以只要两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子，负极上HS－在硫氧化菌作用下转化为SOeq \\al(2－,4)，失电子发生氧化反应，电极反应式是HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋，A正确；电极b是电池的正极，电极a是负极，所以电子从电极a流出经外电路流向电极b，B错误；如果将反应物直接燃烧，化学能除了转化为热能还会有一部分能量转化为光能，能量的利用率会发生变化，C错误；根据电子守恒知，若该电池有0.4 ml电子转移，就有0.4 ml H＋通过质子交换膜，D错误。
12．(2023·无锡模拟)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VOeq \\al(3－,4)＋2B(OH)eq \\al(－,4)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( B )
A. 负载通过0.04 ml电子时，有0.01 mlO2参与反应
B. 正极区溶液的pH减小，负极区溶液的pH增大
C. 正极的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. 电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
[解析] 由正极反应式O2＋4e－＋2H2O===4OH－可以看出，负载通过0.04 ml电子时，参加反应的O2的物质的量为0.01 ml，A正确；从正极反应式看，正极生成OH－，正极区溶液的pH增大，负极消耗OH－，负极区溶液的pH减小，B错误；由分析可知，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；由分析可知，复合碳电极是正极，VB2电极为负极，故电流流向为复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极，D正确。
13. 通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，回答下列问题：
(1) 在酸式介质中，电池负极反应的物质为 H2 ，正极反应的物质为 O2 。
酸式电池的电极反应式：负极为 2H2－4e－===4H＋ ，正极为 O2＋4e－＋4H＋===2H2O 。电解质溶液的pH 变大 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2) 在碱式介质中，碱式电池的电极反应式：负极为 2H2－4e－＋4OH－===4H2O ，正极为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 。电解质的溶液pH 变小 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(3) 氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列说法错误的是 C (填字母)。
A. 太阳能催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学
B. 氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境
C. 分别以稀硫酸、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的负极反应式相同
D. 分别以稀硫酸、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同
[解析] (3) 电解水获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学，A正确；氢氧燃料电池的产物H2O无污染，能有效保护环境，B正确；以稀硫酸、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的负极反应式分别为H2－2e－===2H＋、H2－2e－＋2OH－===2H2O，不相同，总反应式均为2H2＋O2===2H2O，C错误，D正确。
14. 原电池是化学对人类的一项重大贡献。
(1) 右图是甲烷燃料电池的工作原理示意图，回答下列问题：
①电池的负极是 a (填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为 CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O 。
②电池工作一段时间后，电解质溶液的pH 减小 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2) 熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===4CO2。
①正极反应式是 O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3) ；
②电池总反应式是 2CO＋O2===2CO2 。
[解析] (1) 甲烷在反应时失去电子，a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH－，一段时间后，电解质溶液的pH会减小。 (2) 正极发生还原反应，故正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，根据正极反应式＋负极反应式＝电池总反应式，可得到电池总反应式应为2CO＋O2===2CO2。
15. 燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1) 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图1所示。
①A为生物燃料电池的 正 (填“正”或“负”)极。
②正极反应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 。
③放电过程中，H＋由 负 (填“正”或“负”，下同)极区向 正 极区迁移。
④在电池反应中，每消耗1 ml氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是 22.4 L 。
(2) 一氧化碳无色无味、有毒，世界各国每年均有不少人因一氧化碳中毒而失去生命。一种一氧化碳分析仪的工作原理如图2所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中一氧化碳的含量越高。
回答下列问题：
①a极电极反应式为 CO＋O2－－2e－===CO2 。
②电池工作时，O2－由电极 b (填“a”或“b”，下同)向电极 a 移动，电子由电极 a 通过传感器流向电极 b 。
[解析] (1) 由图可知A为燃料电池的正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；B为燃料电池的负极，电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。放电过程中，H＋由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即1 ml O2～1 ml CO2，每消耗1 ml O2，理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L。 (2) ①由元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应式为2CO＋O2===2CO2。②电池工作时，O2－由电极b向电极a移动，电子由电极a通过传感器流向电极b。酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
1. 认识化学能与电能相互转化的实际意义及重要作用。
2. 掌握燃料电池的工作原理，会书写电极反应式。
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH溶液作电解质。关于氢氧燃料电池：
(1) H2在负极发生氧化反应。( √ )
(2) 燃料电池的能量转化率可达100%。( × )
(3) 是一种高效、环保的发电装置。( √ )
(4) 负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。( √ )
(5) 正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。( √ )
(6) 供电时的总反应为2H2＋O2===2H2O。( √ )
二、 氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种。
三、 燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出电池总反应式。
如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)中发生的反应如下：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
①＋②得燃料电池总反应式为 CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O 。
第二步：写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：
① 酸性电解质溶液环境下的电极反应式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O 。
② 碱性电解质溶液环境下的电极反应式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 。
③ 熔融金属氧化物(如Li2O高温下能传导O2－)环境下的电极反应式： O2＋4e－===2O2－ 。
④ 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下的电极反应式： O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3) 。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出负极反应式。
电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
类型1 氢氧燃料电池
如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法中正确的是( C )
A. 该系统中只存在3种形式的能量转化
B. 装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D. 装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能之间的完全转化
[解析] 该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为机械能多种能量转化形式，A错误；装置Y为原电池，负极发生氧化反应，应是H2发生氧化反应，B错误；装置X的作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气)，C正确；化学能与电能之间不可能完全转化，D错误。
类型2 有机物燃料电池
一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如右图所示。下列有关该电池的说法正确的是( D )
A. 反应CH4＋H2Oeq \(=====,\s\up12(催化剂),\s\d10(△))3H2＋CO，每消耗 1 ml CH4转移12 ml 电子
B. 电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C. 电池工作时，COeq \\al(2－,3)向电极B移动
D. 电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)
[解析] 由碳元素化合价变化可知，每消耗1 ml CH4转移6 ml电子，A错误；电极A为负极，电极反应为H2＋CO＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===H2O＋3CO2，B错误；电池工作时，COeq \\al(2－,3)向负极即电极A移动，C错误；电极B是正极，电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，D正确。
类型3 新型燃料电池
新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(已知NaBH4中H为－1价)，有关该电池的说法正确的是( B )
A. 电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性
B. 电池负极区的电极反应式：BHeq \\al(－,4)＋8OH－－8e－===BOeq \\al(－,2)＋6H2O
C. 放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D. 在电池反应中，每消耗1 L 6 ml/L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为6×6.02×1023
[解析] 电极B采用MnO2，为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，MnO2既作电极材料又有催化作用，A错误；负极发生氧化反应，电极反应式为BHeq \\al(－,4)＋8OH－－8e－===BOeq \\al(－,2)＋6H2O，B正确；放电时， Na＋向正极移动，C错误； 在电池反应中，每消耗1 L 6 ml/L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12×6.02×1023，D错误。
1. 右图为氢氧燃料电池的原理示意图，据图分析下列说法中错误的是( B )
A. a电极是负极
B. b电极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
[解析] 从图中可看出a电极处通入的是H2，b电极处通入的是O2，该电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，故a电极处H2失电子被氧化，a电极为负极；相对应的b电极为正极，b电极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。B错误。
2. 右图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法中错误的是( B )
A. 左侧电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B. 正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
D. 该电池提供1 ml电子，消耗氧气0.25 ml
[解析] 负极反应式为2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋，正极反应式为3O2＋12e－＋12H＋===6H2O；根据电子流向，可以判断a处通甲醇，b处通O2；当电池提供1ml电子时，消耗O2为1×eq \f(3,12) ml＝0.25ml。故选B。
3. (2023·盐城模拟)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如右图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VOeq \\al(3－,4)＋2B(OH)eq \\al(－,4)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( B )
A. 负载通过0.04ml电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应
B. 正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C. 电池总反应式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \\al(－,4)＋4VOeq \\al(3－,4)
D. 电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
[解析] 根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应，生成VOeq \\al(3－,4)和B(OH)eq \\al(－,4)，电极反应式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应，生成OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池的总反应式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \\al(－,4)＋4VOeq \\al(3－,4)，据此分析。当负极通过0.04 ml 电子时，正极也通过0.04 ml电子，根据正极的电极反应式，通过0.04 ml 电子消耗0.01 ml氧气，在标准状况下为0.224 L，A正确；反应过程中正极生成大量的OH－，使正极区pH升高，负极消耗OH－，使负极区pH降低，B错误；根据分析，电池的总反应式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)eq \\al(－,4)＋4VOeq \\al(3－,4)，C正确；电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极→负载→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确。
4. 写出不同环境下的甲烷燃料电池的正、负极的电极反应式和总反应式。
(1) 酸性介质(如H2SO4)
负极： CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ ；
正极： 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O ；
总反应式： CH4＋2O2===CO2＋2H2O 。 (2) 碱性介质(如KOH)
负极： CH4－8e－＋10OH－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O ；
正极： 2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ ；
总反应式： CH4＋2O2＋2OH－===COeq \\al(2－,3)＋3H2O 。
(3) 熔融金属氧化物(如ZrO2高温下能传导O2－)
负极： CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O ；
正极： 2O2＋8e－===4O2－ ；
总反应式： CH4＋2O2===CO2＋2H2O 。 (4) 熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
负极： CH4－8e－＋4COeq \\al(2－,3)===5CO2＋2H2O ；
正极： 2O2＋8e－＋4CO2===4COeq \\al(2－,3) ；
总反应式： CH4＋2O2===CO2＋2H2O 。
1.(2022·常熟中学)科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO。其过程如下：
Ⅰ.mCeO2eq \(――→,\s\up12(太阳能),\s\d10(①))(m－x)CeO2·xCe＋xO2
Ⅱ.(m－x)CeO2·xCe＋xH2O＋xCO2eq \(――→,\s\up12(900℃),\s\d10(②))mCeO2＋xH2＋xCO
下列说法错误的是( C )
A. 该过程中CeO2没有消耗
B. 该过程实现了太阳能向化学能的转化
C. 上图中ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D. 以CO和O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为CO＋4OH－－2e－===COeq \\al(2－,3)＋2H2O
[解析] 通过太阳能实现的总反应为H2O＋CO2===CO＋H2＋O2，该过程中CeO2没有消耗，作催化剂，A正确；该过程是在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO，B正确；由图根据盖斯定律，可得ΔH1＝－(ΔH2＋ΔH3)，C错误；电解质为碱性溶液的燃料电池，CO在负极发生氧化反应生成COeq \\al(2－,3)，D正确。
2. 某种质子交换膜燃料电池如右图所示，下列说法中正确的是( B )
A. a极为该电池的负极，发生还原反应
B. 正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
C. 质子(H＋)通过质子交换膜移向a极
D. 该燃料电池的能量转化率可达到100%
[解析] a极通入的是氢气，为该电池的负极，发生失去电子的氧化反应，A错误；正极通入氧气，发生得到电子的还原反应，氢离子移向正极，则正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B正确；燃料电池中阳离子向正极移动，则质子(H＋)通过质子交换膜移向b极，C错误；该燃料电池的能量转化率不可能达到100%，D错误。
3. 锌－空气电池适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时，Zn转化为ZnO(工作原理如右图所示)。下列说法中正确的是( C )
A. 该电池的正极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B. 该电池放电时电子经KOH溶液向石墨电极移动
C. 该电池的锌电极是负极
D. 氧气在石墨电极上发生氧化反应
4. 一种镁氧电池的工作原理如右图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法中正确的是( A )
A. 电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2
B. 负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
C. 活性炭可以增大O2在负极上的反应速率
D. 电子的移动方向由电极b经外电路到电极a
[解析] 负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，得失电子相同的条件下，将正、负极电极反应式相加得电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2, A正确，B错误；通入O2的电极是正极，活性炭可以增大O2在正极上的反应速率， C错误；Mg作负极、活性炭作正极，电子从负极a经外电路到正极b, D错误。
5.(2023·东台模拟)银铝电池具有能量密度高的优点，其工作原理如右图所示，电池放电时的反应为2Al＋3Ag2O＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]＋6Ag。下列说法错误的是( C )
A. Al为电源负极
B. 正极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C. 放电时负极区pH增大
D. 放电时Na＋通过交换膜向右侧移动
[解析] 由反应式可知，放电时Al被氧化，因此Al为电源负极，A正确；Ag2O为电源正极，放电时被还原成Ag，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B正确；负极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，反应时负极区c(OH－)减小，则pH减小，C错误；电池放电时，阳离子移向正极，因此Na＋通过交换膜向右侧移动，D正确。
6.(2023·苏州期中)微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如右图所示。该电池工作时，下列说法错误的是( D )
A. M极是电池的负极
B. CH3OH在电极上发生氧化反应
C. N电极附近溶液的pH增大
D. 若0.1 mlCr2Oeq \\al(2－,7)参加反应，则有0.8 mlH＋从交换膜右侧向左侧迁移
[解析] 由分析可知，M电极为原电池的负极，A正确；在微生物和水分子作用下，甲醇在负极失去电子，发生氧化反应，生成二氧化碳和氢离子，B正确；电极N为正极，在正极还原菌作用下，氧气、重铬酸根离子在酸性条件下发生还原反应，生成水、氢氧化铬，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O、Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6e－＋8H＋===2Cr(OH)3＋H2O，原电池工作时放电消耗氢离子，溶液中氢离子浓度减小，所以N电极附近溶液的pH增大，C正确；由C项分析可知，若有0.1 ml重铬酸根离子参加反应，从交换膜右侧向左侧迁移的氢离子的物质的量大于0.8 ml，D错误。
7.(2023·镇江模拟)一种液态肼(N2H4)燃料电池被广泛应用于发射通信卫星、战略导弹等的运载火箭中。该燃料电池以固体氧化物为电解质，生成物为无毒、无害的物质。下列有关该电池的说法正确的是( D )
A. 电子沿“电极a→用电器→电极b→电解质→电极a”的路径流动
B. 电极a上的电极反应为N2H4＋2O2－＋4e－===N2↑＋2H2O
C. 当电极a上消耗1 mlN2H4时，电极b上被氧化的O2在标准状况下的体积为22.4 L
D. 该电池在常温下不能工作
[解析] 燃料电池工作时，电子不能经过电解质，A错误；由分析可知，通入肼的一极为负极，在氧离子参与下，肼在负极上失去电子发生氧化反应，生成氮气和水，电极反应式为N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O，B错误；由电池总反应N2H4＋O2===N2＋2H2O可知，当电极a上消耗1 mlN2H4时，电极b上有1 mlO2被还原，在标准状况下的体积是22.4 L，C错误；由分析可知，燃料电池以固体氧化物为电解质，需要高温条件，该电池在常温下不能工作，D正确。
8. 镁－次氯酸盐燃料电池具有比能量高、安全方便等优点。该电池的正极反应式为ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，关于该电池的说法中正确的是( C )
A. 该电池中镁为负极，发生还原反应
B. 电池工作时，OH－向正极移动
C. 该电池的总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－
D. 电池工作时，正极周围溶液的pH变小
[解析] 次氯酸盐在正极发生还原反应，则Mg为负极，发生氧化反应，A错误；电池工作时，阴离子向负极移动，B错误；负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，将正、负极反应式相加可得总反应，C正确；根据正极反应式可知，电池工作时，正极周围溶液的 c(OH－) 增大，pH增大，D错误。
9.(2023·通州模拟)一种新型的锂－空气电池的工作原理如右图所示。下列关于该电池的说法中正确的是( A )
A. 电池总反应为4 Li＋O2＋2H2O===4 LiOH
B. 可将有机电解液改为水溶液
C. 金属锂作正极，发生氧化反应
D. 当有22.4 LO2被还原时，溶液中有4 mlLi＋向多孔碳电极移动
[解析] 负极反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，则电池总反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，A正确；因为金属锂可与水反应，则不可将有机电解液改为水溶液，B错误；金属锂作负极，失电子，发生氧化反应，C错误；未指明为标准状况，则不能计算22.4 LO2的物质的量，故不能计算移向多孔碳电极的Li＋的物质的量，D错误。
10. (2022·南通中学)某燃料电池可实现NO和CO的无害转化，其结构如右图所示。下列说法正确的是( C )
A. 石墨Ⅰ电极上发生氧化反应
B. 电池工作时，Na＋向石墨Ⅱ电极处移动
C. 石墨Ⅱ电极上的反应式为CO－2e－＋O2－===CO2
D. 电路中每通过6 ml电子，生成1 ml N2
[解析] 石墨Ⅰ电极上NO发生反应生成N2，氮元素化合价降低，属于还原反应，A错误；电池工作时，Na＋向正极移动，即向石墨Ⅰ电极处移动，B错误；石墨Ⅱ为负极，发生氧化反应，电极反应式为CO－2e－＋O2－===CO2，C正确；氮元素的化合价由＋2降低为0，每生成1 ml N2得到4 ml电子，则电路中每通过6 ml电子，生成1.5 ml N2，D错误。
11. (2022·常州中学)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示，下列说法正确的是( A )
A. HS－在硫氧化菌作用下转化为SOeq \\al(2－,4)的反应为HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋
B. 电子从电极b流出，经外电路流向电极a
C. 如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化
D. 若该电池电路中有0.4 ml电子发生转移，则有0.2 ml H＋通过质子交换膜
[解析] 由图可知硫酸盐还原菌可以将有机物氧化成CO2，而硫氧化菌可以将HS－氧化成SOeq \\al(2－,4)，所以只要两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子，负极上HS－在硫氧化菌作用下转化为SOeq \\al(2－,4)，失电子发生氧化反应，电极反应式是HS－＋4H2O－8e－===SOeq \\al(2－,4)＋9H＋，A正确；电极b是电池的正极，电极a是负极，所以电子从电极a流出经外电路流向电极b，B错误；如果将反应物直接燃烧，化学能除了转化为热能还会有一部分能量转化为光能，能量的利用率会发生变化，C错误；根据电子守恒知，若该电池有0.4 ml电子转移，就有0.4 ml H＋通过质子交换膜，D错误。
12．(2023·无锡模拟)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)－空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VOeq \\al(3－,4)＋2B(OH)eq \\al(－,4)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( B )
A. 负载通过0.04 ml电子时，有0.01 mlO2参与反应
B. 正极区溶液的pH减小，负极区溶液的pH增大
C. 正极的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. 电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
[解析] 由正极反应式O2＋4e－＋2H2O===4OH－可以看出，负载通过0.04 ml电子时，参加反应的O2的物质的量为0.01 ml，A正确；从正极反应式看，正极生成OH－，正极区溶液的pH增大，负极消耗OH－，负极区溶液的pH减小，B错误；由分析可知，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；由分析可知，复合碳电极是正极，VB2电极为负极，故电流流向为复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极，D正确。
13. 通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，回答下列问题：
(1) 在酸式介质中，电池负极反应的物质为 H2 ，正极反应的物质为 O2 。
酸式电池的电极反应式：负极为 2H2－4e－===4H＋ ，正极为 O2＋4e－＋4H＋===2H2O 。电解质溶液的pH 变大 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2) 在碱式介质中，碱式电池的电极反应式：负极为 2H2－4e－＋4OH－===4H2O ，正极为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 。电解质的溶液pH 变小 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(3) 氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列说法错误的是 C (填字母)。
A. 太阳能催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学
B. 氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境
C. 分别以稀硫酸、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的负极反应式相同
D. 分别以稀硫酸、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同
[解析] (3) 电解水获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学，A正确；氢氧燃料电池的产物H2O无污染，能有效保护环境，B正确；以稀硫酸、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的负极反应式分别为H2－2e－===2H＋、H2－2e－＋2OH－===2H2O，不相同，总反应式均为2H2＋O2===2H2O，C错误，D正确。
14. 原电池是化学对人类的一项重大贡献。
(1) 右图是甲烷燃料电池的工作原理示意图，回答下列问题：
①电池的负极是 a (填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为 CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O 。
②电池工作一段时间后，电解质溶液的pH 减小 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2) 熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，其负极反应式为2CO＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===4CO2。
①正极反应式是 O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3) ；
②电池总反应式是 2CO＋O2===2CO2 。
[解析] (1) 甲烷在反应时失去电子，a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH－，一段时间后，电解质溶液的pH会减小。 (2) 正极发生还原反应，故正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，根据正极反应式＋负极反应式＝电池总反应式，可得到电池总反应式应为2CO＋O2===2CO2。
15. 燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1) 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图1所示。
①A为生物燃料电池的 正 (填“正”或“负”)极。
②正极反应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 。
③放电过程中，H＋由 负 (填“正”或“负”，下同)极区向 正 极区迁移。
④在电池反应中，每消耗1 ml氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是 22.4 L 。
(2) 一氧化碳无色无味、有毒，世界各国每年均有不少人因一氧化碳中毒而失去生命。一种一氧化碳分析仪的工作原理如图2所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中一氧化碳的含量越高。
回答下列问题：
①a极电极反应式为 CO＋O2－－2e－===CO2 。
②电池工作时，O2－由电极 b (填“a”或“b”，下同)向电极 a 移动，电子由电极 a 通过传感器流向电极 b 。
[解析] (1) 由图可知A为燃料电池的正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；B为燃料电池的负极，电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。放电过程中，H＋由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即1 ml O2～1 ml CO2，每消耗1 ml O2，理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L。 (2) ①由元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应式为2CO＋O2===2CO2。②电池工作时，O2－由电极b向电极a移动，电子由电极a通过传感器流向电极b。酸性
碱性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
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