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专题35 化学电源之燃料电池
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1．【2022 年全国乙卷】
电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研
究了一种光照充电
电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子
和空穴
，驱动阴极反
应
和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应
【答案】C
【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应
（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li 电极为阴极，光
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催化电极为阳极；则放电时金属Li 电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。A．光照时，光催化
电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时
电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A 正确；B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与
电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B 正确；C．放电时，
金属Li 电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C 错误；D．放电时
总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D 正确；答案选C。
2．【2022 年山东卷】设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH 稳定，借助其降解乙酸盐生成
，
将废旧锂离子电池的正极材料
转化为
，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移
至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是
A．装置工作时，甲室溶液pH 逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为
D．若甲室
减少
，乙室
增加
，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、
电解池反应原理分析解答。A．电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气
体，同时生成H+，电极反应式为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的
电极反应式为Co2++2e-=Co，因此，甲室溶液pH 逐渐减小，A 错误；B．对于乙室，正极上LiCoO2得
到电子，被还原为C o2+，同时得到Li+，其中的O2-与溶液中的H+结合H2O，电极反应式为
2
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2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，负极发生的反应为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，负极产生
的H+通过阳膜进入正极室，但是乙室的H+浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐
酸，B 正确；C．电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：LiCoO2+4H+=Li+
+Co2++2H2O，C 错误；D．若甲室Co2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e-)=
；若乙室Co2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=
，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分
溶液转移至甲室，D 正确；故合理选项是BD。
3．（2021·山东真题）以KOH 溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁
燃料电池，下列说法正确的是
A．放电过程中，K+均向负极移动
B．放电过程中，KOH 物质的量均减小
C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大
D．消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L
【答案】C
【解析】碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O；N2H4-O2清洁燃料电
池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C 和N 的化合价均为-2 价，H 元素化合价
为+1 价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：
(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。A．放电过程为原
电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A 错误；B．根据上述分析可知，N2H4-O2清洁燃料电池的
产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH 的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反
应可知，KOH 的物质的量减小，B 错误；C．理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消
耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：
、
、
，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C 正确；D．根据转移电子数
守恒和总反应式可知，消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D 错误；
故选C。
4．（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
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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。
5．（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
4
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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。
6．（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—
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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。
7．（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。
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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
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【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
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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
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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)4
2-。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)4
2－
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
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【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)4
2-，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)4
2-，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
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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+SO4
2－，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．（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。
20．（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
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C．电池工作时，CO3
2-向电极B 移动
D．电极B 上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e－=2CO3
2-
【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+2CO3
2--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-=2CO3
2-，正确；故合理选项为D。
21．（2021·河北真题）当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用
技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
（4）我国科学家研究Li—CO2电池，取得了重大科研成果，回答下列问题：
①Li—CO2电池中，Li 为单质锂片，则该电池中的CO2在___(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究
表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4 个
步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式。
Ⅰ.2CO2+2e-=C2O
Ⅱ.C2O
=CO2+CO
Ⅲ.__________ Ⅳ.CO
+2Li+=Li2CO3
②研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。
Ⅰ.CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应方程式为_________。
Ⅱ.在电解质水溶液中，三种不同催化剂(a、b、c)上CO2电还原为CO 的反应进程中(H+被还原为H2的反
应可同时发生)，相对能量变化如图.由此判断，CO2电还原为CO 从易到难的顺序为_______(用
a、b、c 字母排序)。
【答案】
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（4）①正极 2C
+CO2=2C
+C ② 12CO2+18e-+4H2O=CH3CH2CH2OH+9C
c、b、a
【解析】
（4）①由题意知，Li-CO2电池的总反应式为：4Li+3CO2=2Li2CO3+C，CO2发生得电子的还原反应，则CO2
作为电池的正极；CO2还原后与Li+结合成Li2CO3，按4 个步骤进行，由步骤II 可知生成了C
，而
步骤IV 需要C
参加反应，所以步骤III 的离子方程式为：2C
+CO2=2C
+C，故答案为：正极；
2C
+CO2=2C
+C；
②I.CO2在碱性条件下得电子生成CH3CH2CH2OH，根据电子守恒和电荷守恒写出电极反应式为：
12CO2+18e-+4H2O=CH3CH2CH2OH+9C
，故答案为：12CO2+18e-+4H2O=CH3CH2CH2OH+9C
；
II.c 催化剂条件下，CO2电还原的活化能小于H+电还原的活化能，更容易发生CO2的电还原；而催化剂a 和
b 条件下，CO2电还原的活化能均大于H+电还原的活化能，相对来说，更易发生H+的电还原。其中a
催化剂条件下，H+电还原的活化能比CO2电还原的活化能小的更多，发生H+电还原的可能性更大，因
此反应从易到难的顺序为c、b、a，故答案为：c、b、a。
22．（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_______________。
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【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
；
23．（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，
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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；
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