2024年高中化學(xué)新教材同步 選擇性必修第一冊(cè) 第4章　第3節(jié)　實(shí)驗(yàn)活動(dòng)5　制作簡(jiǎn)單的燃料電池(教師用書獨(dú)具)

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)5制作簡(jiǎn)單的燃料電池(教師用書獨(dú)具)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．理解燃料電池的工作原理。2．設(shè)計(jì)和制作一個(gè)氫氧燃料電池。實(shí)驗(yàn)用品U形管、石墨棒(石墨棒使用前應(yīng)該經(jīng)過烘干活化處理)、3～6V的直流電源、鱷魚夾、導(dǎo)線和開關(guān)、電流表(或發(fā)光二極管、音樂盒等)。1mol·L－1Na2SO4溶液、酚酞溶液。實(shí)驗(yàn)步驟1．電解水。在U形管中注入1mol·L－1Na2SO4溶液，然后向其中滴加1～2滴酚酞溶液。在U形管的兩邊分別插入一根石墨棒，并用鱷魚夾、導(dǎo)線連接電源。閉合K1，接通直流電源開始電解，現(xiàn)象：兩極石墨棒均產(chǎn)生氣泡，右側(cè)石墨棒附近溶液變紅。2．制作一個(gè)氫氧燃料電池。當(dāng)上述電解過程進(jìn)行1～2min后，打開K1，斷開直流電源。將兩根石墨棒用導(dǎo)線分別與電流表(或發(fā)光二極管、音樂盒等)相連，閉合K2，現(xiàn)象：電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。問題和討論列表比較氫氧燃料電池的工作原理和電解水的原理。氫氧燃料電池電解水能量化學(xué)能→電能電能→化學(xué)能裝置電極反應(yīng)式負(fù)極：2H2－4e－=4H＋正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－總反應(yīng)式：2H2＋O2=2H2O陽(yáng)極：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋陰極：4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－總反應(yīng)式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑電子流向負(fù)極→正極負(fù)極→陰極，陽(yáng)極→正極離子流向陽(yáng)離子→正極，陰離子→負(fù)極陽(yáng)離子→陰極，陰離子→陽(yáng)極反應(yīng)類型自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)1．下列關(guān)于電解水的實(shí)驗(yàn)說法正確的是()A．為了增加水的導(dǎo)電能力，可以加入氯化鈉固體B．電解水陽(yáng)極生成氧氣，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑C．陰極區(qū)溶液的pH不斷減小D．在兩極滴加酚酞，與電源正極相連的一極顯紅色答案B解析A項(xiàng)，電解氯化鈉溶液會(huì)生成氯氣；C項(xiàng)，陰極區(qū)反應(yīng)為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，pH不斷增大；D項(xiàng)，與電源正極相連的為陽(yáng)極，生成H＋，不顯紅色。2．下列關(guān)于氫氧燃料電池的說法正確的是()A．正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)B．若電解質(zhì)溶液為H2SO4溶液，硫酸根離子移向正極C．若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的pH不變D．氫氧燃料電池是一種綠色電池，未來有很大的發(fā)展前景答案D3．將氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)在氧氣中燃燒時(shí)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫燃料電池。燃料電池的基本組成為電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。此種電池能量利用率可高達(dá)80%(一般柴油發(fā)電機(jī)只有40%左右)，產(chǎn)物污染也少。下列有關(guān)燃料電池的說法錯(cuò)誤的是()A．上述燃料電池的負(fù)極反應(yīng)物是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)B．氫氧燃料電池常用于航天飛行器，原因之一是該電池的產(chǎn)物為水，經(jīng)過處理之后可供宇航員使用C．乙醇燃料電池的電解質(zhì)常用KOH，該電池的負(fù)極反應(yīng)為C2H5OH－12e－=2CO2＋3H2OD．以KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，甲烷燃料電池的正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案C解析A項(xiàng)，燃料電池中，燃料作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)物可以是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì)，正確；C項(xiàng)，乙醇燃料電池的電解質(zhì)為KOH時(shí)，生成的二氧化碳會(huì)和其反應(yīng)生成碳酸鹽，負(fù)極反應(yīng)：C2H5OH－12e－＋16OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋11H2O，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，燃料電池中正極上氧氣得電子，在堿性環(huán)境下，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，正確。4．乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可設(shè)計(jì)成如圖所示的燃料電池，請(qǐng)回答下列問題。(1)請(qǐng)?jiān)谘b置圖中標(biāo)出正、負(fù)極和反應(yīng)物。(2)分析電池中電子的移動(dòng)方向：__________________________________，電解質(zhì)溶液中H＋的移動(dòng)方向：________。(3)寫出此燃料電池的正極反應(yīng)式：____________________________________，總反應(yīng)式：________________________________________________________________________。(4)若有2mol乙烯參