《2025年优化探究同步导学案高中化学选择性必修1人教版》

1. 燃料电池: 一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质, 只是一个催化转化元件。

答案： 1.燃料 氧化剂 电能 活性物质

2. 氢氧燃料电池
(1) 基本构造

(2) 工作原理

答案： 2.
(2)$H_{2}-2e^{-}+2OH^{-}=2H_{2}O$ $\frac{1}{2}O_{2}+2e^{-}+2H^{+}=H_{2}O$ $\frac{1}{2}O_{2}+2e^{-}+H_{2}O=2OH^{-}$

1. 燃料电池的活性物质大量储存在电池内部。 (×)
2. 燃料电池工作时, 燃料发生氧化反应。 (√)
3. 氢氧燃料电池 (酸性电解质) 中 $\mathrm{O}_2$ 通入正极, 电极反应为 $\mathrm{O}_2 + 4\mathrm{H}^+ + 4\mathrm{e}^- \longrightarrow 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$。 (√)

答案： 1.× 2.√ 3.√

1. 怎样书写燃料电池的负极反应? (以 $\mathrm{CH}_4$ 碱性燃料电池为例说明书写负极反应的方法)
提示：负极为燃料，失电子，发生氧化反应。
如$CH_{4}$碱性$(KOH$溶液)燃料电池负极反应书写方法：
第一步 确定生成物
$CH_{4}\stackrel{O_{2}}{\rightarrow} \begin{matrix} \underline{ \underline{H_{2}O}} \\ CO_{2}\stackrel{KOH}{\rightarrow}CO_{3}^{2-}+H_{2}O \end{matrix}$；
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒
$\stackrel{-4}{C}H_{4}-8e^{-}\rightarrow CO_{3}^{2-}+H_{2}O$；
第三步 依据电解质性质，用$OH^{-}$使电荷守恒
$CH_{4}-8e^{-}+10OH^{-}\rightarrow CO_{3}^{2-}+H_{2}O$；
第四步 最后根据氢原子守恒配平$H_{2}O$的化学计量数
$CH_{4}-8e^{-}+10OH^{-}=CO_{3}^{2-}+7H_{2}O$。

答案： 1.提示：负极为燃料，失电子，发生氧化反应。
如$CH_{4}$碱性$(KOH$溶液)燃料电池负极反应书写方法：
第一步 确定生成物
$CH_{4}\stackrel{O_{2}}{\rightarrow} \begin{matrix} \underline{ \underline{H_{2}O}} \\ CO_{2}\stackrel{KOH}{\rightarrow}CO_{3}^{2-}+H_{2}O \end{matrix}$；
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒
$\stackrel{-4}{C}H_{4}-8e^{-}\rightarrow CO_{3}^{2-}+H_{2}O$；
第三步 依据电解质性质，用$OH^{-}$使电荷守恒
$CH_{4}-8e^{-}+10OH^{-}\rightarrow CO_{3}^{2-}+H_{2}O$；
第四步 最后根据氢原子守恒配平$H_{2}O$的化学计量数
$CH_{4}-8e^{-}+10OH^{-}=CO_{3}^{2-}+7H_{2}O$。

2. 从理论上讲, 所有的燃烧反应均可设计成燃料电池, 如乙醇、肼 ($\mathrm{N}_2\mathrm{H}_4$) 等。请写出乙醇燃料电池的电极反应 (碱环境和酸环境)：
提示：(1)电解质溶液：$KOH$溶液
正极：$3O_{2}+6H_{2}O + 12e^{-}=12OH^{-}$；
负极：$C_{2}H_{5}OH+16OH^{-}-12e^{-}=2CO_{3}^{2-}+11H_{2}O$；
总反应：$C_{2}H_{5}OH+3O_{2}+4OH^{-}=2CO_{3}^{2-}+5H_{2}O$。
(2)电解质溶液：稀硫酸
正极：$3O_{2}+12H^{+}+12e^{-}=6H_{2}O$；
负极：$C_{2}H_{5}OH+3H_{2}O-12e^{-}=2CO_{2}+12H^{+}$；
总反应：$C_{2}H_{5}OH+3O_{2}=2CO_{2}+3H_{2}O$。

答案： 2.提示：
(1)电解质溶液：$KOH$溶液
正极：$3O_{2}+6H_{2}O + 12e^{-}=12OH^{-}$；
负极：$C_{2}H_{5}OH+16OH^{-}-12e^{-}=2CO_{3}^{2-}+11H_{2}O$；
总反应：$C_{2}H_{5}OH+3O_{2}+4OH^{-}=2CO_{3}^{2-}+5H_{2}O$。
(2)电解质溶液：稀硫酸
正极：$3O_{2}+12H^{+}+12e^{-}=6H_{2}O$；
负极：$C_{2}H_{5}OH+3H_{2}O-12e^{-}=2CO_{2}+12H^{+}$；
总反应：$C_{2}H_{5}OH+3O_{2}=2CO_{2}+3H_{2}O$。

1. 有人设计出利用 $\mathrm{CH}_4$ 和 $\mathrm{O}_2$ 的反应, 用铂电极在 $\mathrm{KOH}$ 溶液中构成原电池, 电池的总反应类似 $\mathrm{CH}_4$ 在 $\mathrm{O}_2$ 中燃烧, 则下列说法不正确的是 (D)

A.在标准状况下, 每消耗 $5.6\ \mathrm{L}\ \mathrm{CH}_4$, 可以向外电路提供 $2\ \mathrm{mol}\ \mathrm{e}^-$ 的电量
B.通入 $\mathrm{CH}_4$ 一极的电极反应为 $\mathrm{CH}_4 - 8\mathrm{e}^- + 10\mathrm{OH}^- \longrightarrow \mathrm{CO}_3^{2-} + 7\mathrm{H}_2\mathrm{O}$
C.电池放电后, 溶液 $\mathrm{pH}$ 减小
D.负极上 $\mathrm{O}_2$ 得电子, 电极反应为 $\mathrm{O}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O} + 4\mathrm{e}^- \longrightarrow 4\mathrm{OH}^-$

答案： 1.D