高考化学（2011~2020）真题专项练习 专题26 化学电源之燃料电池（教师版）

1．（2020·全国高考真题）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：该电池工作时，下列说法错误的是

A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(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．电池总反应为

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

【答案】B

【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成和，反应的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH-，反应的电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应方程式为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8+4，据此分析。A．当负极通过0.04mol电子时，正极也通过0.04mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04mol电子消耗0.01mol氧气，在标况下为0.224L，A正确；B．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OH-浓度减小pH降低，B错误；C．根据分析，电池的总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8+4，C正确；D．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；故选B。

2．（2020·山东高考真题）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是

A．负极反应为

B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜

C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g

D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1

【答案】B

【解析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。A．a极为负极，CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，正确；B．为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，错误；C．当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ移向负极，同时有1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，正确；D．b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，所以当转移8mol电子时，正极产生4mol气体，根据负极反应式可知负极产生2mol气体，物质的量之比为4:2=2:1，正确；故答案为B。

3．（2018·浙江高考真题）锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示下列说法不正确的是

A．金属锂作负极，发生氧化反应

B．Li+通过有机电解质向水溶液处移动

C．正极的电极反应：O2+4e—==2O2—

D．电池总反应：4Li+O2+2H2O==4LiOH

【答案】C

【解析】A．在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，正确；B．Li在负极失去电子变成了Li+，会通过有机电解质向水溶液处（正极）移动，正确；C．正极氧气得到了电子后与氢结合形成氢氧根，电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，错误；D．负极的反应式为Li-e-= Li+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应则为4Li+O2+2H2O==4LiOH，正确。综上所述，本题的正确答案为C。

4．（2019·全国高考真题）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+

C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

【答案】B

【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。A．相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，正确；B．左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，错误；C．右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，正确；D．电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，正确。故选B。

5．（2012·四川高考真题）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH­3CH2OH – 4e-+ H2O = CH3COOH + 4H+。下列有关说法正确的是

A．检测时，电解质溶液中的H+向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH + O2= CH3COOH + H2O

D．正极上发生的反应为：O2+ 4e-+ 2H2O = 4OH-

【答案】C

【解析】A、该燃料电池的电极反应式分别为正极：O2+ 4e-+4H+=2H2O，负极：CH­3CH2OH – 4e-+ H2O = CH3COOH + 4H+，电解质溶液中的H+应向正极移动（正极带负电），A不正确；B、根据正极反应式，若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24 L氧气，B不正确；C、将正负极电极反应式叠加得CH3CH2OH + O2= CH3COOH + H2O，C正确；D、酸性条件下正极：O2+ 4e-+4H+=2H2O，D不正确。答案选C。

6．（2010·江苏高考真题）如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是

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：

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间的完全转化

【答案】C

【解析】装置X和Y实际上是存储了部分太阳能电池产生的电能，太阳能电池利用光能转化为电能可直接用于工作；马达实现了电能与机械能的转化；在装置X中，电解水生成H2、O2，实现了电能与化学能的转化；在装置Y中构成燃料电池，化学能转化为电能，作用于马达实现了电能与机械能的转化，氢氧燃料电池的负极上应是H2参加反应，装置X能利用光能实现H2、O2、H2O的循环再生，据此回答。A．存在能量转化形式有太阳能、机械能、化学能、电能，则不只是三种，错误；B．装置Y为燃料电池,氢气在负极失电子被氧化，电极反应式是：H2-2e-+2OH-=2H2O，错误；C．在装置X中,电解水生成H2、O2，能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生，正确；D．在反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化，错误。答案选 C。

7．（2015·江苏高考真题）一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．反应，每消耗1mol CH4转移12mol 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，CO32-向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e－=2CO32-

【答案】D

【解析】A、1mol CH4→CO，化合价由-4价→+2上升6价，1mol CH4参加反应共转移6mol电子，错误；B、环境不是碱性，否则不会产生CO2，其电极反应式：CO+H2+2CO32--4e-=3CO2＋H2O，错误；C、根据原电池工作原理，电极A是负极，电极B是正极，阴离子向负极移动，错误；D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-，正确；故合理选项为D。

8．（2017·浙江高考真题）金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是

A．金属M作电池负极

B．电解质是熔融的MO

C．正极的电极反应

D．电池反应

【答案】B

【解析】根据图示，金属M为负极，通入空气的电极为正极。A．金属M作电池负极，正确；B．根据图示，电解质是熔融的M(OH)2，错误；C．正极发生还原反应，电极反应，正确；D．负极M失去电子生成M2+，结合C的分析，电池反应，正确；答案选B。

9．（2016·浙江高考真题）Mg­H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图。下列说法不正确的是(　　)

A．石墨电极是该电池的正极

B．石墨电极上发生还原反应

C．Mg电极的电极反应式：Mg－2e－＝Mg2＋

D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极

【答案】D

【解析】A、Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，正确；B、H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，正确；C、Mg易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为：Mg-2e-=Mg2+，正确；D、电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，错误。答案选D。

10．（2012·北京高考真题）人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是

A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生

C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强

D．催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e一=HCOOH

【答案】C

【解析】根据装置图中电子的流向，判断催化剂a为负极电极反应：2H2O-4 e-═O2+4H+，酸性增强；催化剂b为正极，电极反应：CO2+2H++2e-═HCOOH，酸性减弱，总的电池反应为2H2O+2CO2═2 HCOOH+O2，该过程把太阳能转化为化学能； A、过程中是光合作用，太阳能转化为化学能，正确；B、催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生，正确；C、催化剂a附近酸性增强，催化剂b附近酸性条件下生成弱酸，酸性减弱，错误；D、催化剂b表面的反应是通入二氧化碳，酸性条件下生成HCOOH，电极反应为：CO2+2H++2e一═HCOOH，正确；故选C。

11．（2018·海南高考真题）一种镁氧电池如图所示，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。下列说法错误的是

A．电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2

B．正极反应式为：Mg－2e－＝Mg2＋

C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率

D．电子的移动方向由a经外电路到b

【答案】BC

【解析】A．电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2，不符合题意；B．正极应该是氧气得电子，发生还原反应，反应式为：O2+4e-+4OH-=2H2O，符合题意；C．氧气在正极参与反应，符合题意；D．外电路中，电子由负极移向正极，该反应中a为负极，b为正极，故不符合题意；故答案为BC。

12．（2011·福建高考真题）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是

A．水既是氧化剂又是溶剂 B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH-向正极移动 D．总反应为：

【答案】C

【解析】A．在反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑中，水是氧化剂，同时水又是溶剂 ，正确；B．正极发生还原反应，所以放电时正极上有氢气生成，正确；C．阴离子移向负极，放电时OH－向负极移动，错误；D．Li 与Na处于同主族，化学性质相似，所以总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，正确。答案选C。

13．（2008·北京高考真题）据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是（   ）

A．正极反应式为：O2+2H2O+4e-====4OH-

B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变

C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2+O2====2H2O

D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移

【答案】D

【解析】氢氧燃料碱性电池中，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H2+2OH--2e-==2H2O ，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-，反应的总方程式为2H2+O2==2H2O，结合氧气和转移电子之间的关系式计算。A．正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-，所以A选项是正确的；B．负极上氢气和氢氧根离子反应生成水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，所以溶液中钾离子没有参与反应，根据原子守恒知，KOH的物质的量不变，所以B选项是正确的；C．负极电极反应式为H2+2OH--2e-==2H2O ，正极电极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-，反应的总方程式为2H2+O2==2H2O，所以C选项是正确的；D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2 (标准状况)，n(Cl2)=0.1mol，根据2Cl--2e-=Cl2↑，转移电子0.2mol，错误。答案选D。

14．（2008·宁夏高考真题）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是

A．CH3OH(g)+O2(g)=H2O（1）+CO2(g)+2H+(aq)+2e-

B．O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O（1）

C．CH3OH(g)+H2O（1）=CO2(g)+6H+(aq)+6e–

D．O2(g)+2H2O（1）+4e–=4OH-

【答案】C

【解析】以甲醇为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2，负极通入甲醇，在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是：CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)，所以C选项是正确的。

15．（2017·上海高考真题）能量转化率大；氧化剂和还原剂可以不断从外部输入；电极产物可以不断输出；且能代替汽油作为汽车的动力，能持续使用的新型电池为

A．锂电池    B．燃料电池

C．干电池    D．铅蓄电池

【答案】B

【解析】A．锂电池中的氧化剂和还原剂不能从外部输入，电极产物不能不断输出，错误；B．燃料电池的能量转化率大；氧化剂和还原剂可以不断从外部输入；电极产物可以不断输出；且能代替汽油作为汽车的动力，正确；C．干电池的氧化剂和还原剂不能从外部输入，电极产物不能不断输出，错误；D．铅蓄电池的氧化剂和还原剂不能从外部输入，电极产物不能不断输出，错误；故选B。

16．（2016·全国高考真题）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+O2+4OH–+2H2O===2Zn(OH)42-。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)42－

D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）

【答案】C

【解析】A．充电时，阳离子向阴极移动，即K＋向阴极移动，错误；B．放电时总反应为2Zn+O2+4OH–+ 2H2O=2Zn(OH)42-，则充电时生成氢氧化钾，溶液中的氢氧根离子浓度增大，错误；C．放电时，锌在负极失去电子，电极反应为Zn+4OH–-2e–=Zn(OH)42-，正确；D．标准状况下22.4L氧气的物质的量为1摩尔，电路中转移4摩尔电子，错误；答案选C。

17．（2015·全国高考真题）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

【答案】A

【解析】A．根据图象，负极上C6H12O6失电子，正极上O2得电子和H+反应生成水，负极的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正极的电极反应式为O2+4e-+4H+═2H2O，因此CO2在负极产生，错误；B．葡萄糖在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，有电流产生，所以微生物促进了反应中电子的转移，正确；C．通过原电池的电极反应可知，负极区产生了H+，根据原电池中阳离子向正极移动，可知质子(H+)通过交换膜从负极区移向正极区，正确；D．该反应属于燃料电池，燃料电池的电池反应式和燃烧反应式相同，则电池反应式为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，正确；故选A。

18．（2013·安徽高考真题）热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：PbSO4+2LiCl+Ca = CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是

A．正极反应式：Ca + 2Cl－－2e－ = CaCl2

B．放电过程中，Li+向负极移动

C．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7 g Pb

D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转

【答案】D

【解析】A、正极发生还原反应，故电极反应式为PbSO4+2e－=Pb+SO42－，错误；B、放电过程为原电池，阳离子Li＋向正极移动，错误；C、每转移0.1mol电子，生成0.05mol Pb，质量为10.35g，错误；D、常温下，电解质不能融化，不导电，不能形成原电池，故电流表或检流计指针不偏转，正确。答案选D。

19．（2020·江苏高考真题）CO2/ HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

（2） HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。

①电池负极电极反应式为_____________；放电过程中需补充的物质A为_________(填化学式)。

②图-2所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_______________。

【答案】（2）①     H2SO4    ②或 

【解析】

 （2）①左侧为负极，碱性环境中HCOOˉ失电子被氧化为，根据电荷守恒和元素守恒可得电极反应式为HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= +H2O；电池放电过程中，钾离子移向正极，即右侧，根据图示可知右侧的阴离子为硫酸根，而随着硫酸钾不断被排除，硫酸根逐渐减少，铁离子和亚铁离子进行循环，所以需要补充硫酸根，为增强氧气的氧化性，溶液最好显酸性，则物质A为H2SO4；

②根据装置图可知电池放电的本质是HCOOH在碱性环境中被氧气氧化为，根据电子守恒和电荷守恒可得离子方程式为2HCOOH+O2+2OHˉ = 2+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2；

20．（2009·天津高考真题）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：

（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是______，在导线中电子流动方向为___________（用a、b 表示）。

（2）负极反应式为________。

（3）电极表面镀铂粉的原因为___________________________。

【答案】（1）由化学能转变为电能   由a到b    （2） 2H2+4OH—4e-=4H2O（或H2+2OH—2e-=2H2O）    （3）增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率   

【解析】

（1）原电池主要是将化学键转化为电能，燃料电池是原电池，是将化学能转化为电能的装置；氢气失去电子，为负极，氧气获得电子，为正极，电子由负极通过导线移向正极，即由a到b，

因此，本题正确答案是：由化学能转化为电能；由a到b；

（2）负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为 2H2+4OH—4e-=4H2O（或H2+2OH—2e-=2H2O），

因此，本题正确答案是：2H2+4OH—4e-=4H2O（或H2+2OH—2e-=2H2O）；

（3）反应物接触面积越大，反应速率越大，镀铂粉增大电极单位面积吸附氢气、氧气分子数，加快电极反应速率，

因此，本题正确答案是：增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率；