33原电池燃料电池
【基础拿分练】
1．下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是()
【答案】C
【解析】A项，电池充电，是将电能转化为化学能，故A错误；B项，光合作用是太阳能转变化为化学能，故B错误；C项，手机电池工作是化学能转化为电能，故C正确；D项，太阳能板充电是光能转化为电能，并向蓄电池充电，将电能转化为化学能储存起来，故D错误。
2．有关原电池的下列说法中正确的是()
A．在外电路中电子由正极流向负极B．在原电池中，只有金属锌作为负极
C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动D．原电池工作时，阳离子向负极方向移动
【答案】C
【解析】在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是Zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。答案为C。
3．LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。下图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是( )
A．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
B．铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑
C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
【答案】C
【解析】A项，原电池把化学能转化为电能，电能又转化为光能，即装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，A正确；B项，锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，溶液中的离子在正极放电，即铜片上发生的反应为：2H＋+2e―＝H2↑，B正确；C项，如果将硫酸换成柠檬汁，仍然可以构成原电池，因此导线中会有电子流动，C错误；D项，如果将锌片换成铁片，仍然是铜作正极，铁作负极，即电路中的电流方向不变，D正确。
4．Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
【答案】B
【解析】Mg-AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。
5．Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是()
A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
【答案】C
【解析】Mg-H2O2海水电池，活泼金属作负极，发生氧化反应：Mg－2e－===Mg2＋，H2O2在正极发生还原反应：H2O2＋2e－===2OH－(由于中性溶液生成OH－)，A项、B项错误，C项正确。由于负极阳离子(Mg2＋)增多，Cl－向负极移动平衡电荷，D错误。
6．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会产生电流
D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
【答案】D
【解析】原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B 正确；图中电极a为铝条、电极b为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中电极a为锌片、电极b为铜片时，锌片作负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。
7．下列说法正确的是()
A．构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属
B．通过构成原电池，能将反应的化学能全部转化为电能
C．右图原电池中，电池工作时，SO42-移向电池的正极
D．银锌纽扣电池的放电反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag，其中Ag2O作正极，发生还原反应
【答案】D
【解析】A项，构成原电池的两个电极不一定都是金属，可以是一极为较活泼金属，另一极为石墨棒，故A错误；B项，通过构成原电池，能将反应的化学能转化为电能，由于存在能量损失，则不可能将化学能全部转化为电能，故B错误；C项，该原电池中，锌为负极，铜为正极，电池工作时，SO42-移向电池的负极，故C错误；D项，由电池总反应可知该纽扣电池的反应中Zn为还原剂、Ag2O为氧化剂，故Zn为负极被氧化、Ag2O为正极被还原，发生还原反应，故D正确；故选D。
8．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()
A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极
B．电极Ⅰ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
【答案】C
【解析】该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，
反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，电极Ⅰ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。
9．关于下列装置，叙述不正确的是( )
A．石墨电极反应式：O2+4H++4e-=2H2O
B．温度计的示数会上升
C．加入少量NaCl ，会加快Fe 生锈
D．加入HCl，石墨电极反应式：2H++2e-=H2↑
【答案】A
【解析】A项，电解质溶液不是酸性的，所以石墨电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故A错误；B项，原电池放电时会放出热量，所以温度计的示数会上升，故B正确；C项，加入少量NaCl，溶液中自由移动离子浓度增大，溶液导电能力增强，会加快Fe 生锈，故C正确；D项，加入HCl，溶液呈酸性，在正极石墨上是H+得到电子，电极反应式为2H++2e-=H2↑，故D正确；故选A。
10．如图所示实验装置，下列说法不正确的是()
A．装置为铁的吸氧腐蚀实验
B．一段时间后，向插入铁钉的玻璃筒内滴入NaOH溶液，即可观察到铁钉附近的溶液有沉淀产生C．向插入石墨棒的玻璃筒内滴入石蕊溶液，可观察到石墨附近的溶液变红
D．若将装置中饱和食盐水换成稀硫酸，装置为析氢腐蚀
【答案】C
【解析】食盐水显中性，装置为铁的吸氧腐蚀实验，A正确；一段时间后，有亚铁离子产生，向插入铁钉的玻璃筒内滴入NaOH溶液，即可观察到铁钉附近的溶液有沉淀产生，B正确；石墨棒是正极，氧气得到电子转化为氢氧根，滴入石蕊溶液，可观察到石墨附近的溶液变蓝，C错误；若将装置中饱和食盐水换成稀硫酸，装置为析氢腐蚀，D正确，答案选C。
【易错得分练】
1．下列有关原电池的叙述中不正确的是()
A．原电池是将化学能转化为电能的装置
B．在原电池中，电子流出的一极是负极，发生氧化反应
C．锌、铜、硫酸组成的原电池中，溶液中的Zn2＋、H＋均向正极移动
D．构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属
【答案】D
【解析】A项，原电池可将化学能转化为电能，在外电路中形成电流，故A正确；B项，在原电池中，负极是电子流出的一极，发生氧化反应，故B正确；C项，原电池工作时，溶液中的阳离子均向正极移动，故C正确；D项，构成原电池的两极可以是两种活泼性不同的金属或金属与非金属导体，如石墨等，故D 错误；答案为D。
2．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是()
A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2
B．两极上溶解和析出的物质质量相等
C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2
D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol
【答案】A
【解析】在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，即两极得、失电子数相等。利用这一特
点，我们从电极反应看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1 mol锌时失去2 mol 电子，铜片上析出1 mol氢气也得到2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。
3．下列关于实验现象的描述不正确的是()
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
【答案】C
【解析】铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H＋获得由铁片传递过来的电子2H＋＋2e－===H2↑，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H＋＋2e－===H2↑的反应，可观察到气泡放出速率加快。
4．关于右图装置的叙述，正确的是()
A．铜是负极，铜片上有气泡产生
B．铜片质量逐渐减少
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．氢离子在铜片表面被还原后生成H2
【答案】D
【解析】由所给图示可知Zn为原电池负极，失去电子被氧化，电子经导线流向正极(Cu极)，溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2；Cu为原电池的正极，电流流向与电子流向相反。
5．如图所示的原电池装置，X 、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是()
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn
C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y
D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
【答案】C
【解析】由题图可知，电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向就为Y→外电路→X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y的强，X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。所以A、B、D错误；C正确。
6．某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性，设计如图所示装置，下列推断合理的是()
A．若铬比铁活泼，则电子经外电路由铁电极流向铬电极
B．若铬比铁活泼，则铁电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
C．若铁比铬活泼，则溶液中H＋向铁电极迁移
D．若铁电极附近溶液pH增大，则铁比铬活泼
【答案】B
【解析】若铬比铁活泼，则铬为负极，铁为正极，电子由负极(铬)流向正极(铁)，正极反应为2H＋＋2e －===H2↑，A项错误，B项正确；C项，若铁比铬活泼，则铁为负极，铬为正极，溶液中的H＋在正极(铬)得电子，H＋向铬电极迁移，错误；D项，铁电极附近pH增大，说明H＋得电子生成H2，铁电极为正极，铬为负极，错误。
7．如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()
A．外电路的电流方向为X→外电路→Y
B．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe
C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y
【答案】D
【解析】由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y→外电路→X，故A错；若两电极分别为Fe棒和碳棒，则X为铁棒，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性X>Y。
8．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是()
A．X为负极，电极反应式为Si－4e－===Si4＋
B．X为正极，电极反应式为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑
C．X为负极，电极反应式为Si＋6OH－－4e－===SiO2－3＋3H2O
D．Y为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
【答案】C
【解析】先由氧化还原反应确定正极和负极，再根据反应物和产物确定电极反应式。硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，Si为负极：Si－4e－＋6OH－===SiO2－3＋3H2O；铁为正极：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑；电
池总反应方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
9．某浓差电池工作原理如图。下列说法不正确的是()
A．负极的电极反应式：Ag－e－＋Cl－===AgCl
B．Ag电极所处的电解质环境会影响其失电子能力
C．电池工作时，盐桥中的K＋向右移，NO－3向左移
D．负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电池总反应为氧化还原反应
【答案】D
【解析】A项，负极Ag失去电子，与Cl－结合生成AgCl，电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，故A 正确；B项，负极Ag失去电子，与Cl－结合生成难溶性AgCl，促使Ag反应加快，金属Ag的活泼性较差，若Ag＋不能转化为沉淀，则Ag失电子能力减弱，所以Ag电极所处的电解质环境会影响其失电子能力，故B正确；C项，电池内电路中：电流由正极流向负极，即电池工作时，盐桥中的K＋向右移动到正极，NO－3向左移动到负极，故C正确；D项，负极Ag/AgCl发生氧化反应，电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，正极Ag发生还原反应，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，浓差电池工作原理总反应式Ag＋＋Cl－===AgCl↓，为非氧化还原反应，故D错误；故选D。
10．根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是（）
A．a电极为原电池的正极
B．外电路电流方向是a→b
C．b电极的电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．a电极上每生成1 mol O2，通过质子交换膜的H＋为2 mol
【答案】C
【解析】根据图示可知，a电极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A
项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C项正确；a电极上每生成1 mol O2，转移4 mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4 mol，D项错误。
【难题高分练】
1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是() A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋
B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O
C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
【答案】C
【解析】原电池正、负极的判断不能完全依赖金属的活动性，因为可能会出现特殊情况：浓硝酸使铁、铝钝化；铝与NaOH溶液反应，而镁不能与NaOH溶液反应等。
2．通过CO传感器可监测CO的含量，总反应为2K2FeO4＋3CO＋2KOH＋2H2O===2Fe(OH)3＋3K2CO3，其工作原理示意图如右，下列说法正确的是()
A．Pt电极为负极，可以用Fe电极代替
B．工作时OH－向K2FeO4电极移动
C．每转化3 mol CO，有2 mol K2FeO4被氧化
D．K2FeO4电极上的电极反应式是2FeO2－4＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3↓＋10OH－
【答案】D
【解析】A项，若铁作为负极，铁失电子而不是一氧化碳失电子产生碳酸根离子，选项A错误；B项，一氧化碳在铂电极上失电子产生碳酸根离子，则铂电极为负极，K2FeO4电极为正极，原电池中阴离子OH－
向负极铂电极移动，B错误；C项，根据总反应2K2FeO4＋3CO＋2KOH＋2H2O===2Fe(OH)3＋3K2CO3可知，每消耗3 mol CO，有2 mol K2FeO4被还原，选项C错误；D项，K2FeO4电极上K2FeO4得电子产生Fe(OH)3，电极反应式是2FeO2－4＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3↓＋10OH－，D正确。
3．研究小组进行如下表所示的原电池实验:
下列关于该实验的叙述中，正确的是()
A．两装置的盐桥中，阳离子均向右侧移动
B．实验Ⅰ中，左侧的铜被腐蚀
C．实验Ⅰ中，连接装置5分钟后，左侧电极的电极反应式为：2H＋+2e－=H2↑
D．实验Ⅰ和实验Ⅰ中，均有O2得电子的反应发生
【答案】D
【解析】A项，Ⅰ电子移动的方向从负极流向正极，即左侧铜为正极，右侧铜为负极，根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，即向左侧移动，Ⅰ5min后，灵敏电流计指针向右偏转，说明左侧铁作负极，右侧铁作正极，根据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，即向右侧移动，A项错误；B项，根据A选项分析，实验Ⅰ中左侧铜没有被腐蚀，右侧铜被腐蚀，B项错误；C项，实验Ⅰ中连接好装置，5分钟后，灵敏电流计指针向右偏转，说明左侧铁作负极，右侧铁作正极，即左侧电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，C项错
误；D项，实验Ⅰ左侧电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O，实验Ⅰ5min后，右侧铁片电极反应式为O2＋2H2O ＋4e－=4OH－，均是吸氧腐蚀，D项正确。
4．ZulemaBorjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是()
A．该装置可以在高温下工作
B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜
C．负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H＋
D．该装置工作时，电能转化为化学能
【答案】C
【解析】A项，高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，A错误；B项，原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，B错误；C项，由图片可知，负极为有机废水CH3COO-的电极，失电子发生氧化反应，电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+，C正确；D项，该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，D错误；故选C。
5．(2020·新课标Ⅰ卷)为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10 mol·L?1 FeSO4溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、_________(从下列图中选择，写出名称)。
(2)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择____________作为电解质。
(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
(4)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L?1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=________。
(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______，铁电极的电极反应式为_______。因此，验证了Fe2+氧化性小于________，还原性小于________。
(6)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是_______。
【答案】(1)烧杯、量筒、托盘天平(2)KCl (3)石墨
(4)0.09mol/L (5)Fe3++e-=Fe2+Fe-2e-=Fe2+Fe3+Fe
(6)取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成
【解析】(1)由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1FeSO4溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管，故答案为：烧杯、量筒、托盘天平；(2)Fe2+、Fe3+能与HCO3-反应，Ca2+能与SO42-反应，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下HCO3-能与Fe2+反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择HCO3-、NO3-，阳离子不可以选择Ca2+，另盐桥中阴、阳离子的迁移率(u∞)应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质；(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中。(4)根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，石墨电极溶液中c(Fe2+)增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c(Fe2+)=0.05mol/L+0.04mol/L=0.09mol/L；(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+；电池总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+，根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的还原性强于还原产物，则验证了Fe2+氧化性小于Fe3+，还原性小于Fe；(6)在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化，发生的反应为Fe+ Fe2(SO4)3=3FeSO4，要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3+即可，检验活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成。
6．理论上任何一个自发的氧化还原反应均可以设计成原电池。
(1)根据氧化还原反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼胶-饱和KNO3溶液。请回答下列问题：
Ⅰ电解质溶液X是________；电解质溶液Y是________。
Ⅰ写出两电极的电极反应式：
铁电极：______________________；碳电极：__________________________。
Ⅰ外电路中的电子是从________电极流向________电极。(填“Fe”或“C”)
Ⅰ盐桥中向X溶液中迁移的离子是________(填字母)。
A．K＋B．NO－3C．Ag＋D．SO2－4
(2)请将氧化还原反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O设计成原电池，在装置图中的横线上写出相应的电极及电解质溶液，并写出相应的电极反应式。
电极反应式：
正极：_______________________；负极：________________________。
【答案】(1)ⅠFeCl2(或FeSO4) FeCl3[或Fe2(SO4)3]
ⅠFe－2e－===Fe2＋2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ⅠFe CⅠB
(2)
2NO－3＋6e－＋8H＋===2NO↑＋4H2O 3Cu－6e－===3Cu2＋
【解析】(1)Ⅰ根据反应，Fe作负极，C作正极，负极电解液中应含有亚铁离子，正极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，因而Y为含Fe3＋的电解质溶液。Ⅰ电极反应：负极Fe－2e－===Fe2＋；正极2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。Ⅰ外电路电子由负极流向正极。ⅠFe是负极，因而向X溶液中迁移的是阴离子即为NO－3。(2)由反应可知，Cu发生氧化反应，作负极，其电极反应式为3Cu－6e－===3Cu2＋，正极应选用碳棒或其他惰性电极，其电极反应式为2NO－3＋6e－＋8H＋===2NO↑＋4H2O，参照其装置图可知其正极、负极的电解质分别为HNO3、Cu(NO3)2。
氢能与质子交换膜燃料电池 1序言 为解决能源短缺、环境污染等问题，开发清洁、高效的新能源和可再生能源已十分紧迫。氢能因燃烧热值高、污染小、资源丰富成为新能源的对象，氢燃料电池作为氢能利用的有效手段，已被美国《时代》周刊评为21世纪有重要影响的十大技术之一。 2氢燃料电池工作原理 燃料电池本质是水电解的“逆”装置，主要由3部分组成，即阳极、阴极、电解质，如图13。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质。 以质子交换膜燃料电池（pemfc）为例，其工作原理如下： (1)氢气通过管道或导气板到达阳极； (2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为： h2→2h++2e。 (3)在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：1/2o2+2h++2e→h2o 总的化学反应为：h2+1/2o2＝h2o 电子在外电路形成直流电。因此，只要源源持续地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。 3pemfc的特点及研发应用现状
燃料电池种类较多，pemfc以其工作温度低、启动快、能量密度高、 寿命长等优点特别适宜作为便携式电源、机动车电源和中、小型发电 系统。 pemfc发电机由本体及其附属系统构成。本体结构除上述核心单元外，还包括单体电池层叠时为防止汽、水泄漏而设置的密封件，以及压紧 各单体电池所需的紧固件等。附属系统包括：燃料及氧化剂贮存及其 循环单元，电池湿度、温度调节单元，功率变换单元及系统控制单元。图2是一个典型的pemfc发电系统示意图4。 (1)pemfc作为移动式电源的应用 pemfc作为移动式电源的应用领域分为两大类：一是可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等。适用于军事、通讯、计算机等领域，以满足应急供电和高可靠性、高稳定性供电的需要。实际应用是手机 电池、笔记本电脑等便携电子设备、军用背负式通讯电源、卫星通讯 车载电源等。二是用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源，以满足环保对车辆排放的要求。从目前发展情况看，pemfc是技术最成熟的电动车动力电源。国际上，pemfc研究开发领域的权威机构是加拿大ballard能源系统公司。美国h-power公司于1996年研制出世界上 第一辆以pemfc发电机为动力源的大巴士5。近年来，我国对燃料电池电动车的研发也极为重视，被列入国家重点科技攻关计划。上海神力 公司、富原燃料电池有限公司、清华大学、中科院大连化物所已分别 研制出游览观光车、中巴车样车，其性能接近或达到国际先进水平。 (2)pemfc作为固定式电源的应用 pemfc除适用于作为交通电源外，也非常适合用于固定式电源。既可 与电网系统互联，用于调峰；也可作为独立电源，用作海岛、山区、 边远地区、或作为国防（人防）发供电系统电源。 采用多台pemfc发电机联网还可构成分散式供电系统。分散式供电系 统有很多优点：①可省去电网线路及配电调度控制系统；②有利于热 电联供（因为pemfc电站无噪声，可就近安装，pemfc发电所产生的热
高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式 几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写 燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池,它与原电池形成条件有一点相悖,就是不一定两极是两根活动性不同的电极,也可以用相同的两根电极。燃料电池有很多，下面主要介绍几种常见的燃料电池,希望达到举一反三的目的。 一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt)或石墨做电极材料，负极通入H２，正极通入O2，总反应为：2Ｈ2 + Ｏ２==＝２H2Ｏ 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况: 1.电解质是KＯH溶液(碱性电解质） 负极发生的反应为：H2+ 2e-＝＝= ２H＋,2H++ ２OH- ＝== 2H2O,所以: 负极的电极反应式为:H２– 2e－+ 2OH-=== 2H２Ｏ; 正极是O2得到电子，即:Ｏ2+4e－＝== 2O２－,O2- 在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-即：2O２－＋2H２O ＝== 4ＯH- ,因此， 正极的电极反应式为：O2 ＋H2O +4ｅ- ==＝４OH- 。 2．电解质是H2SＯ4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为:H２＋2e- ＝==2H＋ 正极是Ｏ２得到电子，即:O2 ＋4ｅ－=＝= 2O２－，O2－在酸性条件下不能单独存在，只能结合Ｈ+生成H2O即：O２- ＋2 H+ ＝== H2O,因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ ＋４e-=== ２Ｈ2O(O２+ 4e- ===2O2-，2O２- + 4Ｈ+ === 2H2O) 3. 电解质是NaＣl溶液（中性电解质) 负极的电极反应式为:H２+2e-=== 2H＋ 正极的电极反应式为:O2 + H2O + 4e-=== ４OH－ 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H＋ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3．中性溶液反应物中无H＋和ＯH- 4.水溶液中不能出现Ｏ２－ 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质：
2020届届届届届届届届届届届届届 ——届届届届 1.尿素[CO(NH2)2]与NO在碱性条件下可形成燃料电池(如图),电池总反应方程式为2CO(NH2)2＋6NO ＋4NaOH＝5N2＋2Na2CO3＋6H2O。下列说法正确的是() A.甲电极为电池的负极,发生还原反应 B.电池工作时,电子经负载、乙电极、电解质又流向甲电极 C.电池工作一段时间后,乙电极周围溶液酸性增强 D.甲电极的电极反应式为CO(NH2)2?6e?+8OH?=CO32?+N2↑+6H2O 2.以二甲醚(CH3OCH3)酸性燃料电池为电源,电解饱和食盐水制备氯气和烧碱,设计装置如图所示。已 知:a电扱的反应式为O2+4H++4e-=2HO,下列说法不正确的是( ) A.b电极的反应式为CH3OCH3+3H2O?12e?=2CO2↑+12H+ B.试剂A为饱和食盐水,试剂B为NaOH稀溶液 C.阳极生成1 mol气体时,有1mol离子通过离子交换膜 D.阴极生成1 mol气体时,理论上导线中流过2mole?
3.一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+CO32??2e??=H2O+CO2 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? 某种燃料电池是以甲烷(CH4)和空气为原料,以KOH为电解质溶液构成的原电池。电池的总反应类似甲烷在氧气中的燃烧。下列说法正确的是( ) ①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- ②CH4在负极发生氧化反应,电极反应式是:CH4 + 10OH- - 8e- = CO32- + 7H2O ③燃料电池把化学能直接转化为电能,而不经过热能这一种中间形式,所以它的能量转化效率高,并且 减少了对环境的污染 ④这种燃料电池要定期更换电解质溶液 A.①② B.①②③④ C.①③④ D.②④ 4.探索二氧化碳在海洋中转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。研究表明,溶于海水的二氧化碳 主要以无机碳形式存在,其中HCO3-占95%。科学家利用下图所示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。下列说法不正确的是( ) A.a室中OH?在电极板上被氧化 B.b室发生反应的离子方程式为:H++HCO3?=CO2↑+H2O C.电路中每有0.2mol电子通过时,就有0.2mol阳离子从c室移至b室 D.若用氢氧燃料电池供电,则电池负极可能发生的反应为:H2+ 2OH??2e?=2H2O
原电池和电解池 1．原电池和电解池的比较： 装置原电池电解池实例 原理使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形 成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫 做原电池。 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧 化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变 为化学能的装置叫做电解池。 形成条件①电极：两种不同的导体相连； ②电解质溶液：能与电极反应。 ①电源；②电极（惰性或非惰性）； ③电解质（水溶液或熔化态）。 反应类 型 自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应 电极名称由电极本身性质决定： 正极：材料性质较不活泼的电极； 负极：材料性质较活泼的电极。 由外电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极； 电极反应负极：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应） 正极：2H++2e-=H2↑（还原反应） 阴极：Cu2+ +2e- = Cu （还原反应） 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑（氧化反应） 电子流 向 负极→正极电源负极→阴极；阳极→电源正极电流方 向 正极→负极电源正极→阳极；阴极→电源负极能量转 化 化学能→电能电能→化学能 应用 ①抗金属的电化腐蚀； ②实用电池。①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）； ③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。 2．化学腐蚀和电化腐蚀的区别 化学腐蚀电化腐蚀
3．吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别 4．电解、电离和电镀的区别 5．电镀铜、精炼铜比较
溶液变化电镀液的浓度不变溶液中溶质浓度减小 6．电解方程式的实例（用惰性电极电解）： 总反应方程式 电解质溶液阳极反应式阴极反应式 溶液酸碱性变化 （条件：电解） CuCl22Cl--2e-=Cl2↑Cu2+ +2e-= Cu CuCl2= Cu +Cl2↑—— HCl 2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2HCl=H2↑+Cl2↑酸性减弱 Na2SO44OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑不变H2SO44OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑消耗水，酸性增强NaOH 4OH--4e-=2H2O+O2↑2H++2e-=H2↑2H2O=2H2↑+O2↑消耗水，碱性增强 2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑NaCl 2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑ H+放电，碱性增强 +2NaOH 2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2 OHˉ放电,酸性增强CuSO44OH--4e-=2H2O+O2↑Cu2+ +2e-= Cu ↑+2H2SO4 考点解说 1．电化腐蚀：发生原电池反应，有电流产生 （1）吸氧腐蚀 负极：Fe－2e-==Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O==4OH- 总式：2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O （2）析氢腐蚀：CO2+H2O H2CO3H++HCO3- 负极：Fe －2e-==Fe2+ 正极：2H+ + 2e-==H2↑ 总式：Fe + 2CO2 + 2H2O = Fe(HCO3)2 + H2↑ Fe(HCO3)2水解、空气氧化、风吹日晒得Fe2O3。 2．金属的防护
高一化学原电池练习 1. 下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生氢气（） 2. 如下图，下列装置属于原电池的是（） 3. 关于原电池的叙述中正确的是（） A．构成原电池的电极是两种不同的金属 B．原电池是将化学能转化为电能的装置 C．原电池负极发生的电极反应是还原反应 D．原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原 4. 某原电池总反应离子方程式为2Fe3+ + Fe = 3Fe2+能实现该反应的原电池是（） A.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液 B.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO3)2溶液 C.正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2(SO4)3 D.正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO4 5. 下列关于实验现象的描述不正确的是（） A.铜锌组成的原电池中电子是从锌经过导线流向铜 B.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡 C.把铜片插入FeCl3溶液中,在铜片表面出现一层铁 D.把锌片放入盛有盐酸的试管中,加入几滴CuCl2溶液,气泡放出速率加快 6. 实验室中欲制氢气,最好的方法是（） A.纯锌与稀硫酸反应 B.纯锌与浓硫酸反应 C.纯锌与稀盐酸反应 D.粗锌(含铅.铜杂质)与稀硫酸反应 7. 铁制品上的铆钉应该选用下列哪些材料制成（） A.铅铆钉 B.铜铆钉 C.锌铆钉 D.锡铆钉 8. 在以稀硫酸为电解质溶液的铜——锌原电池中，已知其电极反应分别为 锌片：Zn－2e－ Zn2+；铜片：2H+ +2e－ H2↑。下列判断正确的是（）A．溶液的酸性逐渐增强 B．铜片逐渐溶解 C．溶液中H+向锌片作定向移动 D．锌片是负极并被氧化 9. X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成的原电池时，Y为电池 的负极，则X、Y、Z三种金属的活动顺序为（） A.X > Y > Z B. X > Z > Y C. Y > X > Z D. Y > Z > X 10. 把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池，若a、b相连时，a为负极；c、d 相连时，电流由d到c；a、c相连时， c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序为（） A．a>b>c>d B.a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a 11．下列反应中，在原理上可以设计成原电池的是
高二化学燃料电池专题 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
燃料电池专题我在这里给同学们梳理一下燃料电池的原理，主要是解决正负极电极方程式书写的问题。 一、预备知识（如果你必修阶段掌握良好可跳过这一部分） 燃料电池说到底还是原电池，我们在这里先复习下必修2中Cu-Zn原电池的原理。1. 看构造 如上图，原电池主要由Cu片、Zn片、稀H2SO4、导线等构成。 2. 谈现象 Zn片是银白色的，在放电过程中溶解。 Cu片是紫红色的，在放电过程中表面有气泡冒出。 3. 说原理 Zn比Cu金属性强（更活泼），即更容易失去电子，导线连接之后，Zn的电子优先选择沿着导线跑到铜片表面去排队1而不是直接跳到溶液里。 Zn由于失去电子被氧化形成Zn2+，就脱离了Zn片表面溶解在了溶液里，Zn片就不断变薄变细。我们把Zn这一极称为负极，电极方程式是Zn-2e-=Zn2+。 与此同时，另一极Cu的表面由于有电子在那儿排队，而显负电，就会吸引溶液中的阳离子H+向该极移动，这些阳离子获得那些排队的电子生成H2，于是就有气泡冒出。我们把Cu这一极称为正极，电极方程式是2H++2e-=H2↑ 4. 小结 Cu-Zn原电池（稀H2SO4作为电解质） Zn是负极，失去电子，被氧化，电极方程式Zn-2e-=Zn2+。
Cu是正极，H+在其表面得电子，被还原，电极方程式2H++2e-=H2↑。 总反应式是Zn+2H+=Zn2++H2↑ 要小心，不要想当然地认为Zn失去电子则Cu得电子，Cu虽然金属性不强但毕竟仍然是金属，且是电的良导体（家里的电线、电话线、网线），说明了它表面的电子还是很容易移动的，因此它不会自己得电子形成带负电的离子。 1：注意，我这里说电子排队只是形象地打个比方便于理解，给中学生讲课是可以这么讲的，实际上只有当回路接通的时候才会有电子跑到铜片上去。而之所以有这样的一个接通回路就会定向移动应该是电势差U造成的。 二、氢氧燃料电池——最简单的燃料电池 下面是该电池的原理图： 1. 看构造 这个电池由两个惰性电极Pt（金属铂）、导线等构成。左右两半溶液槽用隔膜隔开（允许部分离子通过，如阴离子半透膜只允许阴离子通过，不会完全隔断，否则就行不成闭合回路了）。 2. 谈原理 左右分别有一条导气管，将H2和O2输送到Pt电极附近。由于Pt的特性——如表面多孔，可以吸附气体，所以这些输送进去的气体不会立刻浮出水面，而是附着在Pt电极表面。 我们知道H2跟O2相比，前者是还原性气体，后者是氧化性气体。也就是说前者容易失去电子，后者容易得到电子。于是，跟我们之前Cu-Zn原电池类似就有： H2作负极反应物，失去电子，被氧化，生成H+。但是电极方程式却不一定是H2-2e-=2H+。为什么呢因为电解液的酸碱性不知道。如果电解液为酸性或者中性，这些H+
> 燃料电池-巩固加强 ）— ·- ？ 总反应化学方程式 负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式: 负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式. 负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式、 负极反应正极反应 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 C2H6 C2H6 ！ C H C2H2 C2H5OH C2H5OH C6H6KOH H2SO4 （ H SO H2SO4 H2SO4 KOH KOH
( 1、熔融盐燃料电池因具有高效率而受重视。可用Li 2CO 3和Na 2CO 3熔融盐混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与CO 2的混合气作为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式。 阳极反应式：2CO ＋2CO 32－＝4CO 2＋4e － 阴极反应式：___________________________________。 2、（多选）肼（N 2H 4）—空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH 溶液。电池总反应为：N 2H 4＋O 2＝N 2↑＋2H 2O 。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是（ ） A ．负极的电极反应式是：N 2H 4＋4OH －－4e －＝4H 2O ＋N 2↑ B ．正极的电极反应式是：O 2＋4H ＋＋4e －＝2H 2O C ．溶液中阴离子向正极移动 D ．溶液中阴离子物质的量基本不变 3、我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功．这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而源源产生电流．只要把灯放入海水中，数分钟后就会发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍．试推测此种新型电池可能的基本结构及电极反应式： (1)__________是负极，电极反应式为___________________________． (2)__________是正极，电极反应式为___________________________． 4、某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，分别向负极通入C 2H 4、C 2H 2或Al(g)，分别向正极通入 O 2或Cl 2．试完成下列问题： (1)当分别通入C 2H 4和O 2时： ①正极反应：______ _______；②负极反应：______ _________； ③电池总反应：_____________________；④溶液pH 的变化：__________ (2)当分别通入C 2H 2和O 2时： ①正极反应：____ ___________；②负极反应：____ ___________； ③电池总反应：_____________________；④溶液pH 的变化：_______________． (3)当分别通入Al(g)和Cl 2时： ①正极反应：_____________ _；②负极反应：_________________________； ③电池总反应：_____________________；④溶液pH 的变化：_______________． 5、据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA ）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO 2被充分吸收生成CO 32－ （1）该电池反应的总离子方程式为__________________________________________。 （2）甲醇在____极发生反应（填正或负），电池在放电过程中溶液的pH 将________ （填降低或上升、不变）；若有16克甲醇蒸气被完全氧化,产生的电能电解足量的CuSO 4溶液，（假设整个过程中能量利用率为80％），则将产生标准状况下的O 2________升。 （3）最近，又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y 2O 3（Y ：钇）的ZrO 2（Zr ： 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 O 2 C 6H 6KOH
氢能的利用及其环境效应 题目氢能的利用及其环境效应 专业过程装备与控制工程 姓名曹维褀 学号 3013207186 2014年1月 摘要：伴随21世纪的到来，世界各国都面临着亟待解决的能源问题。氢能是高效清洁环保型新能源,在二十一世纪有望成为世界能源舞台上举足轻重的二次能源。文章总结了氢能的特点，氢的开发与利用，结合氢能的环境效应提出了关于氢能源未来发展趋势的一些见解。 关键词：氢能的开发环境效应氢能的利用
1. 氢能的特点 (1)氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质(2)所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体 (3)氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，3％－97％范围内均可燃。而且燃点高，燃烧速度快 (4)除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，达142.35lkJ/kg，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍 (5)所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/L；氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求(6)氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用 2. 氢能开发与利用 由以上特点可以看出氢是一种理想的新型能源。目前，虽然液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢能大规模的商业应用还面临着许多问题，氢能否被广泛使用，制氢工艺是基础。因为水分子中氢和氧的结合非常牢固，要把它们分开，需花费很大的力气。为了避开这个难点，目前实际上主要还是利用天然气、煤炭和石油产品作原料来制取氢气。 （1）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法。 ①煤的焦化。 ②水煤气转化。
高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式 一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：2H2 + O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以： 负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此， 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O，因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2- 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例） 总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH-
新苏教版高一化学必修二《原电池》教学设计 一、设计思想 本节课的教材依据是苏教版高一年级必修二专题二第三单元《化学能与电能的转化》。原电池是把电能转化为化学能的一种装置，也是化学与能源相联系的很关键的内容，这些知识不但能让学生大开眼界，而且还能为环境、能源与可持续发展提供良好的教学内涵，所以这部分知识是应该以全新的教学理念进行这部分知识的学习。在设计本节课教学时遵循新课改的理念，引导学生从一个水果电池引入电池的内容，这样能激起学生对本节课的好奇心，可以达到教学创设情境的需要。在上课过程中，注重与学生的沟通和交流，让课堂成为学生自主设计和自主学习、自主探究的环境。本节课主体采用“搜集相关知识—实验操作—分析讨论—得出结论”的学习方法，在实验探究中学习原电池的概念及构成条件。让学生在“做中学”。 二、教学目标 1.知识与能力：了解能源与化学能之间的关系；能设计简单的原电池。 2.过程与方法：利用实验探究方法学习原电池的原理；结合生产、生活实际，学习原电池原理在生产、生活中的实际运用。 3.情感态度与价值观：让学生能够感觉到能源危机，能认识到自己的行为对环境的作用。 三、教学重点 原电池的工作原理。 四、教学难点 原电池的形成条件及电极反应； 电子流向和电流方向。 五、教学手段 讲授、演示实验、学生分组实验、多媒体辅助教学 六、课前准备 教师制作课件、准备实验 学生做好适当预习准备
1、实验探究，体现自主研究性学习 本节课采用实验探究式教学,既符合化学的学科特点,也符合学生的心理和思维的发展特点。在探究活动中引导学生逐步突破由认识，形成新认识，这样得出的结论学生才能真正理解和牢固掌握。实验探究是让学生在具体实验事实的基础上分析问题得出结论,符合学生的思维特点,有利于在形象思维的基础上发展学生的抽象思维。但学生的抽象思维和探索能力毕竟还处于初级阶段,尚不成熟,这就决定了他们还不能成为完全独立的探索主体,探索活动需要在教师的组织引导下,有目的有计划地进行。教师的作用是“引导和启发”,即引导学生独立思考,主动探索,当学生的思考和探索遇到困难时,及时给予启发,提示,点拨,以帮助学生顺利地开展实验探索活动,既不是灌输也不能放任自流，而是放手、放开。 2、精心准备，在磨练中不断提高自身的素质 由于本节课采取讨论式和学生实验探究的教学模式,课堂组织尤为重要。要求教师对学生有较准确的了解和把握，在课堂上教师要根据学生的回答随时调整课堂的节奏，这样才能得到好的效果。因此，要求教师在课前要精心准备，多方听取意见，不断磨合，这样才能上好一节课，同时也使我深刻体会到提高课堂教学的有效性重在积极思考和平时的积累。
燃料电池专利报告 1 总体发展趋势 1.1 申请量年度趋势分析 专利数量是技术产出的直接反映。通过揭示历年专利申请情况，可以了解该行业的技术发展情况和所处阶段，并预测未来发展趋势，可协助企业评估此时或未来是否应积极投入研发。 上图显示了目标技术领域内总体申请量变化趋势。专利数量较少的时期为该技术的起步阶段；专利数量大幅度提升的为成长阶段；专利数量继续增加的为成熟阶段；专利数量维持不变的为停滞期；申请量开始降低的阶段为下降期。 1.2 公开量年度趋势分析 通过揭示历年专利公开情况，了解该行业的技术发展情况并预测未来发展趋势。
上图显示了目标技术领域内总体公开量变化趋势。 1.3 产出规模指数预警 通过揭示目标技术领域内最近6年专利数量相对增长变化情况，了解不同时期技术研发的重点和方向，给企业预测该技术领域未来发展趋势提供依据。 时间专利数量比上月增长与近6年年均增 幅比较与整体年均增幅比较 2012 179 -76.01% 下降上升 2011 746 4.34% 下降上升 2010 715 10.34% 下降上升 2009 648 -4.42% 下降上升 2008 678 3.04% 下降上升 2007 658 35.67% 下降上升上表显示了发明公开专利近6年专利的产出数量情况。一些年份的专利产出增幅高于/低于近6年年均增幅，且高于/低于整体年均增幅。 1.4 产出质量指数预警 由于发明专利的创造性水平要高于实用新型专利和外观专利，因此一般来说发明专利的申请数量是专利质量的最好体现。通过揭示目标技术领域内最近6年专利类型比重和有效专利比重的相对增长变化情况，可以更好地了解不同时期内技术研发的重点和方向，预测该技术领域未来的发展趋势。
专题练习(原电池电解池) 一、选择题（本题包括8小题，每小题4分，共32分。每小题只有一个 ．．．．选项符合题意）1．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应分别是：（） A．氧化、还原B．还原、氧化C．氧化、氧化D．还原、还原 2．在盛有饱和碳酸钠溶液的烧杯中插入惰性电极，保持温度不变，通电一段时间后：（）A．溶液的pH增大B．Na+和CO32－的浓度减小 C．溶液的浓度增大D．溶液的浓度不变，有晶体析出 3．用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是：（） A．CuCl2(CuSO4) B．NaOH(NaOH) C．NaCl(盐酸) D．CuSO4(CuO) AlCl溶液时，下图所示的电解变化曲线合理的是（） 4．用石墨作电极电解 3 A．①④B．②④C．②③D．①③ 5．某学生欲完成2HCl+2Ag=2AgCl↓+H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的实验是（） 6．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材料是氢气、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．甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 7．通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1，则下列表述正确的是（） A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1 B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等 C．硝酸亚汞的分子式为HgNO3 D．硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2 8．某工厂以碳棒为阳极的材料电解熔解于熔融冰晶石(NaAlF6)中的Al2O3，每产生1molAl，同时消耗1mol阳极的材料C，则阳极收集得到的气体为（） A．CO与CO2物质的量之比为 1：2 B．CO与CO2物质的量之比为 1：1 C．CO2与O2物质的量之比为 2：1 D．F2与O2 物质的量之比为 1：1
燃料电池专题 1．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右图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是 A．该电池工作时电能转化为化学能 B．该电池中电极a是正极 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．该电池的总反应：2H2+O2＝2H2O 2．下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为：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 3．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腺务。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 4．氢氧燃料电池用于航天飞船，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：
负极：2H2+4OH—－4e—4H2O 正极：O2+2H2O+4e—4OH— 当得到1.8L饮用水时，电池内转移的电子数约为 A．1.8mol B．3.6mol C．100mol D．200mol 5．航天技术使用氢氧电池具有高能、轻便，不污染优点，氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应式均可表示为：2H2＋O2= 2H2O，酸式氢燃料电池的电解质是酸、其负极反应为：2H2－4e－= 4H＋，则正极反应为；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为：O2＋2H2O＋4e－= 4OH－，则负极反应 为：。 6．美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图所示：a、b 两个电极均由多孔的碳块组成，通人的氢气和氧气由孔隙中逸出，并在电极表面发生电极反应而放电。 (1)该燃料电池发生的总的化学方程式 是：，其电极分别为a 是极，b是极(填正或负)，其电极反应分别是：a极：b极： (2)氢氧燃料电池能量转换率高，无污染，最终产物只有水，阿波罗宇宙飞船上的宇航员的生活用水均由燃料电池提供，已知燃料电池发一度电生成396g水，其热化学方程式是2H2(g)+O2(g) ===2H2O（l)+572kJ，则发出一度电时，产生能量kJ，此燃料电池的能量转换率是。 (3)燃料电池的输出电压为1．2V，要使标有1．2V、1．5W的小灯泡连续发光1小时，则共消耗H2的物质的量为mo1． 7．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，附气体的能力强，性质稳定，请回答：
原电池原理 一．原电池 1.能量转化：原电池是__________________________________________________的装置。 2.原电池构成条件：（1）金属活泼性不同的两个电极 （2）电解质溶液 （3）电极、电解质溶液构成闭合回路 3.结构：内电路——电解质溶液、电极 导电微粒：自由移动离子（阳离子往正极移动，阴离子往负极移动） 外电路——电极（与导线） 导电微粒：自由移动电子（电子由负极经过导线流向正极，电流由正极流向负极）电极：根据活泼性的不同，分为负极（金属活泼性强） 正极（金属活泼性弱）。 正极：通常是活泼性较弱的金属或非金属导体，电子流____（填“出”或“入”）的一极，电极上发生________（填“氧化”或“还原”反应）。 负极：通常是活泼性较强的金属，电子流_____（填“出”或“入”）的一极，电极被________（填“氧化”或“还原”），电极发生________（填“氧化”或“还原”反应）。 4.反应特点：自发的氧化还原反应 5.工作原理：负极失电子经导线流向正极形成电流，内电路自由移动的离子定向运动传递电荷 【例题】下列关于原电池的叙述中正确的是（） Ａ．原电池能将化学能转变为电能 Ｂ．原电池负极发生的电极反应是还原反应 Ｃ．原电池在工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极 Ｄ．原电池的电极只能由两种不同的金属构成 【练习题1】在如图所示的装置中，a的金属性比氢要强， b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是（） A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大 B．a是正极，b是负极 C．导线中有电子流动，电子流从a极到b极 D．a极上发生了氧化反应 【练习题2】人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，它在放电时的电极反 应为：Zn + 2OH––2e–＝ZnO + H2O Ag2O + H2O + 2e–＝2Ag + 2OH– 据此判断氧化银是（） Ａ．负极，并被氧化Ｂ．正极，并被还原
高考化学燃料电池 1．“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，下图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。有关说法正确的是 A. 电极b为电池的负极 B. 电池反应为：C + CO2 = 2CO C. 电子由电极a沿导线流向b D. 煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低 2．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700 -900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A. 电池内的O2-由电极乙移向电极甲 B. 电池总反应为N2H4+2O2= 2NO+2H2O C. 当甲电极上有lmol N2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应 D. 电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 3．硼化钒（VB2）-空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如下。该电池工作时的反应为4VB2＋11O2=4B2O3＋2V2O5。下列说法正确的是
A. 电极a为电池负极 B. 反应过程中溶液的pH升高 C. 电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离子选择性膜 D. VB2极的电极反应式为：2VB2+ 22OH?-22e?=V2O5+ 2B2O3+ 11H2O 4．以NaBH4和H2O2作原料的燃料电池，可用作空军通信卫星。电池负极材料采用Pt/C， 正极材料采用MnO2，其工作原理如下图所示。下列说法错误 ．．的是 A. 电池放电时Na+从a极区移向b极区 B. 电极b采用Pt/C，该极溶液的pH增大 C. 该电池a极的反应为BH4-+8OH--8e-===BO2-+6H2O D. 电池总反应：BH4-+ 4H2O2 === BO2- + 6H2O 5．科学家设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能又能固氮的新型电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是 A. 电路中转移3mol电子时，有11.2LN2参加反应 B. A为NH4Cl
超级电容器电极材料的制备与研究 摘要：超级电容器作为一种新型储能器件，具有能量密度和功率密度高、比容量大等特点。它在电动汽车、移动通讯和国防等领域有巨大的市场前景，因此受到国内外研究人员的关注。在影响超级电容器性能的所有因素中，电极材料的性能起着决定性的作用。因此，本论文选定二氧化锰、碳纳米管、氧化镍作为超级电容器的电极材料，旨在制备和研究具有良好电容特性的超级电容器电极材料。论文的主要研究内容有： (1)利用化学沉淀法制备Mn02粉末材料并研究其电化学行为。采用循环伏安法对Mn02电极材料进行测试，在1mol／L Na2S04电解液、．0．2-+0．8V扫描电位内，不同扫描速率下电极均表现出理想的电容特性，当扫描速率等于lmV／s时得到最大比容量253．5F／g。研究了40℃和150"O热处理温度的Mn02材料在100mA／g充放电流密度下的恒流充放电特性结果比容量接近，但是150℃热处理得到的M_n02材料具有更好的循环充放电性能。 (2)研究碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)电极材料的循环伏安特性和恒流充放电性能。碳纳米管具有理想的双电层电容特性，但是未处理过的碳纳米管材料比容量偏小。在lmol ／L Na2S04溶液、．0．2--+0．8V扫描电位内，以lmV／s的扫描速率进行循环伏安测试，结果得到最大比容量为27．3F／g。 (3)采用浓硝酸对碳纳米管进行回流处理并研究其电化学行为。对回流处理碳纳米管材料进行SEM和TEM表征，发现碳纳米管原本封闭的端口被打开，催化剂已经被去除。在50mA ／g电流密度下，回流时间越长的碳纳米管材料比容量越高，80h回流得到的电极比容量最大，达至1J38．3F／g，比回流之前的8．3F／g要高。 (4)采用不同的催化剂在泡沫镍导电基体上生长碳纳米管作为超级电容器电极并研究其电容特性。经SEM和TEM测试，制备的材料是长5mn、直径100nm左右的定向碳纳米管(alligned carbon nanotubes，ACNTs)。这种定向碳纳米管电极具有很高的比容量。在1mol／LNa2S04电解液、．0．¨0．8V电位范围内，0．IMNi催化剂制备的电极材料在扫描速率等于1mv／s时最高比容量达至1J278．2F／g (5)研究二氧化锰／CNTs复合电极材料的电容特性。结果表明，复合电极具有二氧化锰的高比容量特性，同时也具有碳纳米管的良好循环充放电性能。 (6)研究氧化镍电极材料的电容特性。将制备的Ni(OH)2粉末进行热处理得到NiO材料。比较不同工艺条件制备的NiO材料，发现反应溶液pH值等于11．7、热处理温度500。C 以及热处理时间8h的NiO电极材料比容量最高，在lmol／L NazS04溶液、．0．2~+0．8V扫描电位内，1mV／s扫描速率下达到38．2F／g。 1、超级电容器的特点 超级电容器【11(Supcrcapacitor)是一种介于传统电容器和电池之间的新型储存电能的器件。根据命名角度的不同超级电容器又有不同的名称，如超大容量电容器(Ultracapacitor，uc)、电化学电容器(Electrochemical Capacitor，EC)、双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor，EDLC)等。它具有比传统电容器高得多的能量密度和比容量，同时又具有比电池大得多的功率密度。超级电容器一般具有如下特点： (1)具有高的能量密度和功率密度。它的能量密度为传统静电电容器的10--20倍，功率密度是电池的l啦100倍，可达到10kW／kg左右。 (2)具有瞬间释放大电流、充电时间短、充电效率高的优点。超级电容器可以在短时间内释放出几百到几千安培的电流。这个特点使得电容器非常适合用于短时间高功率输出的场合。 (3)具有循环寿命长的优点。超级电容器充放电过程中发生的电化学反应具有良好的可逆性，不易出现类似电池中活性物质那样的晶型转变、脱落、枝晶穿透隔膜等引起寿命终止的现象。其实际充放电次数可以达到10万次以上，是电池的10．100倍。