一、燃料电池类试题

例题1（2024湖南省高考真题改编）：

氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点，其工作原理如右图所示。下列说法正确的是（ ）

A. 氧气在负极发生还原反应

B. 电子通过电解质溶液从负极流向正极

C. 电池总反应为：2H₂ + O₂ → 2H₂O

D. 该装置将化学能直接转化为电能

答案：C、D

解析：

  • 氢氧燃料电池中，H₂在负极被氧化，O₂在正极被还原（A错误）；
  • 电子通过外电路从负极流向正极，而离子通过电解质传导（B错误）；
  • 总反应与氢气燃烧的化学方程式一致（C正确）；
  • 燃料电池直接将化学能转化为电能（D正确）。

    • 二、太阳能电池与能量转化

    例题2（模拟题）：

    关于太阳能电池的说法错误的是（ ）

    A. 属于可再生能源利用装置

    B. 主要材料为硅晶体，利用光电效应转化能量

    C. 充电时，电能转化为化学能

    D. 放电时，化学能转化为电能

    答案：D

    解析：

    太阳能电池直接将光能转化为电能，无需化学能中间转化（D错误），而充电电池（如锂离子电池）才涉及化学能与电能的转化。

    三、生物质能转化工艺

    例题3（工业流程题）：

    生物质（如秸秆）可通过热解反应生成CO和H₂，反应方程式为：

    C₆H₁₂O₆ → 3CO + 3H₂↑ + 3C（条件：高温）。

    回答以下问题：

    1. 该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为______。

    2. 若生成标准状况下33.6L H₂，转移电子的物质的量为______。

    答案：

    1. 2:1（CO为氧化产物，C为还原产物）；

    2. 3 mol（每生成1 mol H₂转移2 mol电子，共3 mol H₂对应6 mol电子，但需结合反应式具体分析）。

    四、反应热计算与能源效率

    例题4（计算题）：

    已知：

    ① C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH = -393.5 kJ/mol

    ② H₂(g) + ½O₂(g) → H₂O(l) ΔH = -285.8 kJ/mol

    ③ CH₃OH(l) + 3/2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) ΔH = -726.0 kJ/mol

    计算甲醇（CH₃OH）的燃烧热，并比较其与氢气作为燃料的能量效率差异。

    解析：

  • 燃烧热计算：ΔH = -726.0 kJ/mol（直接由③式得出）；
  • 效率差异：氢气的燃烧产物为水，无污染，且单位质量放热更高，但储存和运输成本较高。

    • 五、电解工艺与可再生能源

    例题5（综合应用题）：

    可再生能源工艺在高考化学能源转化类试题中的典型例题

    电解水制氢是一种清洁能源技术，装置如右图所示。

    1. 写出阴极反应式。

    2. 若电解1 mol H₂O，理论上生成H₂和O₂的体积比是多少？

    3. 若使用太阳能供电，该工艺的局限性是什么？

    答案：

    1. 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑（酸性条件）；

    2. 2:1（根据电解水总反应2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑）；

    3. 太阳能受天气影响大，能量转化效率较低，需配套储能设备。

    六、能源转化与环境保护

    例题6（选择题）：

    下列能源转化过程符合“低碳经济”理念的是（ ）

    A. 煤直接燃烧发电

    B. 天然气制备甲醇

    C. 秸秆发酵制甲烷

    D. 石油裂解制乙烯

    答案：C

    解析：

    生物质能（如秸秆）的利用可实现碳循环，减少化石能源消耗（C正确）；而A、B、D均依赖化石能源。

    总结与备考建议

    1. 核心考点：

  • 燃料电池的电极反应式书写与能量转化分析（必考）；
  • 反应热计算（焓变与键能关系）；
  • 可再生能源（太阳能、氢能、生物质能）的工艺原理。

    • 2. 易错点：

  • 混淆原电池与电解池的能量转化方向；
  • 忽略反应条件对产物和能量效率的影响。

    • 建议结合真题训练，强化工业流程题中能源转化的综合分析能力，并关注新能源技术（如锂离子电池、固态电池）的前沿应用。