杨先明化学工作室
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&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &燃料电池
能源、环保成为近几年的社会热点燃料，电池在解决上面两个问题中充当了很重要的角色，燃料电池也必将成为高考的热点之一。
一、认识燃料电池
燃料电池是将燃料（如h2、co、ch4、ch3oh等）氧化时，化学能直接转化为电能的装置。它由燃料、氧化剂、电极、电解质组成。在结构上和传统的电池一样具有正负电极，正负电极被电解质分隔。所有燃料电池的基本形式为：将燃料和氧气（或空气）分别充入负极和正极，两者在电极的催化作用下进行化学反应，从而产生电流。在不断充入燃料和氧气（或空气）的条件下，燃料电池可连续发生。因此，它不同于需要间断充电的蓄电池，也不同于一次性电池。这种电池能量利用率可达80%（一般柴油发电机只有30%左右），反应产物的污染也少。
二、燃料电池的原理
燃料电池的原理并不复杂，以氢&氧燃料电池为例，如下图所示：
负极（燃料电极）：h2-2e－=2h＋(氧化半反应)
正极（氧化剂电极）：o2+4e－+2h2o=4oh－（还原半反应）
h+向正极移动，oh－向负极移动，从而相遇结合生成h2o，h＋+oh－=h2o。电池总反应为：2h2+o2=2h2o。
三、燃料电池的题型和解法
燃料电池虽然是不经过燃烧而转化为电能的一种装置，但其在放电时发生的总反应和燃料燃烧时的总反应一样。一般是o2作氧化剂为正极反应物，可燃物作为还原剂为负极反应物，我们可以利用这一点进行解题。但要特别注意在书写电极反应式时电解质会参与电极反应，如电解质溶液为naoh溶液，正极反应式为o2+4e－+2h2o=40h－；若电解质溶液为h3po4溶液，正极反应式为o2+4e－+4h＋=2h2o；若电解质为固体氧化物，正极反应式为o2+4e－=2o2－；若电解质为熔融碳酸盐，正极反应式为o2+4e－+2co2=2co 。然后利用燃烧反应的方程式和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式分析解决。
题型一：碱性燃料电池
例1& 美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型化学电源，其构造如下图所示：a、b两极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。
（1）a是&&&&&&&& 极，b是&&&&&&&& 极，电极反应式分别为负极：&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 、正极&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 。
（2）飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供。已知这种电池发1度电（3 600 kj）时能生成350g水。
试计算能量的利用率&&&&&&&&&&&&&& 。
已知：2h2(g)+o2(g) 2h2o(1)； kj/mol
（3）当这种电池使小灯泡连续发光一段时间后，耗电能为5.4kj。则消耗标准状况下的h2多少升？
[解析]h2在o2中燃烧的化学方程式为2h2+o2 2h2o；所以氢氧燃料电池的总方程式为2h2+o2 2h2o；在此反应中o2为氧化剂，发生还原反应，所以正极反应式为o2+4e－+2h2o=40h－；h2为还原剂，在负极被氧化，负极反应式为2h2+4e－+40h－=4h2o（不能写成2h2-4e－=4h＋，因为碱性环境中，h＋立即与电解质溶液中的oh-反应生成h2o）。所以a极为负极，b极为正极。1度电即3600kj，由2h2(g)+o2(g)=2h2o(l)； kj/mol。可知，生成350g液态水理论上产生能量5561 kj，这些能量转化为3600 kj电能，转化率为64.7%。水灯泡发光，耗电能5.4 kj，该电能由5.4 kj&0.647=8.34 kj化学能转化而来，根据热化学方程式可求出需标准状况下h2 0.65l。
[即时巩固] 1、下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用koh为电解质溶液，下列有关说法中不正确的是（&&& ）
a、该能量转化系统中的水可以循环使用
b、燃料电池系统产生的能量实际上来自于水
c、水电解系统中的阳极反应：o2+4e－+2h2o=40h－
d、燃料电池放电时的负极反应：h2-2e－+2oh－=2h2o
题型二：镁燃料电池
例2，镁燃料电池以镁合金作为电池的一极，向另一极充入过氧化氢，电解质溶液是酸化的nacl溶液，放电时总反应为mg+h2o2+2h＋=mg2＋+2h2o。下列关于该电池的说法中正确的是（&&& ）
a、放电时h+在正极反应得电子&&&&& &&&&&b、正极反应式为h2o2+2e－=2oh－
c、镁合金为电源负极，发生氧化反应&&& &d、放电时正极的ph减小
[解析]电池反应中，mg是还原剂，h2o2是氧化剂，所以放电时，h2o2在正极上得电子，a项错误；镁合金失电子，为电源负极，c项正确；正极反应式为h2o2+2e-+2h＋=2h2o，b项错误；放电时正极消耗了h＋，使溶液的ph增大，d项错误。
[即时巩固]2 镁/h2o2酸性燃料电池采用海水作电解质（加入一定量的酸），下列说法不正确的是（&&& ）
a、电池总反应为mg+2h2o2+2h＋=mg2＋+2h2o
b、正极的电极反应式为h2o2+2e－+2h＋=2h2o
c、工作时，正极周围的海水的ph增大
d、电池工作时，溶液中的h+向负极移动
题型三：微生物燃料电池
例3，以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示。关于该电池的叙述正确的是（&&& ）
a、该电池能够在高温下工作&&&
b、电池的负极反应为c6h12o6－24e－+6h2o=6co2+24h＋
c、放电过程中，h＋从正极向负极区迁移&&&
d、在电池反应中，每消耗1ml氧气，理论上能生成标准状况下co2气体 l
[解析]该燃料电池的原理为c6h12o6+6o2=6co2+6h2o，根据总反应方程式可知，负极反应式为c6h12o6－24e－+6h2o=6co2+24h+，正极反应式为6o2+24e－+24h+=12h2o，从电板反应式易知h+应从负极区移向正极区，从总反应方程式可见每生成1ml co2消耗1ml o2，所以选b项。
题型四：固体氧化物燃料电池
例4，当前燃料电池发展迅速。固体氧化物燃料电池是由美国西屋（westinghouse）公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（o2-）在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是（&&& ）
a、有o2放电的a极为电池的负极&&&& b、有h2放电的b极为电池的正极
c、a极对应的电极反应为：o2+2h2o+4e－ 4oh－
d、该电池的总反应方程式为：2h2+o2 2h2o
[解析]h2在o2中燃烧的方程式为2h2+o2 2h2o，所以氢氧燃料电池的总方程式为2h2+o2=2h2o，d项正确；而o2为氧化剂，在正极反应中，所以a极为正极，a项不正确；因反应介质中没有水，所以正极反应式为o2+4e－=2o2-，c项不正确；根据总反应产出负极反应式为2h2－4e－+2o2－=2h2o，b项不正确。
[即时巩固]3．目前各类燃料电池中，能量转化效率最高的是&陶瓷电池&。陶瓷薄膜正面涂有黑色的稀土金属复合氧化物，反面是一层较厚的绿色&金属陶瓷&。请回答下列问题：
（1）在750℃，空气中的氧分子吸附在陶瓷正面，2个氧原子会分别从涂层上&抢走&2个电子，变成氧离子，则陶瓷正面是燃料电池的&&&& （填&正&或&负&）极。
（2）带电的氧离子穿过陶瓷膜，与反面的燃料气反应，产生电流。燃料气发生&&&&& （填&氧化&或&还原&）反应。
（3）若以甲醇为上述陶瓷电池的燃料气，则该电池的正极反应式为&&&&&&&&&&&&&&& ，负极反应式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 。
题型五：熔融盐燃料电池
例5，熔融盐燃料电池具有极高的发电效率，因而受到重视，可用li2co3和na2co3的熔融盐混合物作电解质，co为负极燃气，空气与co2的混合气体为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。试完成有关的电池反应式：负极反应式为：2co+2co &4co2+4e－，则正极反应式为&&&&&&& ，电池总反应式为&&&&&&& &&&&&&&&。
[解析]co的燃烧反应为2co+o2 2co2，得出该燃料电池的总反应为2co+o2=2co2，在上面的氧化还原反应中，co为还原剂，发生氧化反应，为该电池的负极反应物，而o2为氧化剂，发生还原反应，为该电池的正极反应物，且每有1ml o2反应就转移4mol e－。由总反应和负极反应式可知正极反应式为2co2+o2+4e－=2co 。
题型六：磷酸燃料电池
例6，现有以磷酸作介质的氢氧燃料电池，则负极通入的是&&&&&&&&&&& ，正极通入的是 &&&&&&，电极反应式分别为：&&&&&&&&&& 、&&&&&&&&&& 。反应进行后，溶液的ph将&&&&&& （填&变大&或&变小&）。
[解析]根据氢气燃烧的化学方程式为2h2+o2 2h2o，可以推知该燃料电池的总反应式为2h2+o2 2h2o，根据电池总反应式可知h2在反应中被氧化，o2被还原，h2应在负极上反应，o2应在正极上反应。故正极反应式为o2+4e－+4h+=2h2o；负极反应式为2h2-4e－=4h+。根据总反应可知h3po4的物质的量不变，而水逐渐增多，溶液酸性变小，故ph将变大。
题型七：质子变换膜燃料电池
例7，下图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子（h+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2ch3oh+3o2&&&& 2co2+4h2o。下列说法正确的是（&&& ）
a、左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
b、右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气
c、负极反应式为：ch3oh+h2o－6e－&&&& co2 +6h+
d、正极反应式为：o2+2h2o+4e－&&&& 4oh－
[解析]由&甲醇在催化剂作用下提供h+和电子这一信息，可推知负极反应式为ch3oh－6e－+h2o= co2 +6h+，所以c项正确；由电池总反应式和负极反应式可推知正极反应式为o2+4e－+4h+=2h2o，所以d项不正确；由图中电子在外电路中的流向可知左电极为电池的负极，a处通入的是甲醇，右电极为电池的正极，b处通入的物质是空气，所以a项正确，b项不正确。
[即时巩固]答案：1、b&& 2、d&& 3、（1）正 &（2）氧化& （3）o2+4e－=2o2－&&& &&ch3oh －6e－= co2+2h2o
综上所述，虽然燃料电池题目类型较多、难度较大，但是只要我们抓住&燃料燃烧反应就是燃料电池的总反应&这条捷径，然后利用电解质溶液的特殊性和氧化还原反应的基本原理进行分析，就可以轻松解决此类问题。不过，务必注意即使同样原料气在不同性质的电解质中，正负极的反应式书写是不相同的。
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文明上网,理智发言镁-H2O2酸性燃料电池是一种新型燃料电池，采用海水作电解质（加入一定量的酸），下列说法不正确的是（　_百度知道
色情、暴力
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镁-H2O2酸性燃料电池是一种新型燃料电池，采用海水作电解质（加入一定量的酸），下列说法不正确的是（　
镁-H2O2酸性燃料电池是一种新型燃料电池，采用海水作电解质（加入一定量的酸），下列说法不正确的是（　　）A．工作时，正极周围海水的pH增大B．电池总反应为：Mg+H2O2=Mg（OH）2C．正极发生的电极反应为：H2O2+2H++2e-=2H2OD．电池工作时，溶液中的H+向正极移...
我有更好的答案
阴离子向负极移动，形成闭合回路，故A正确；B．电解质溶液呈酸性；D．原电池中，阳离子向正极移动，故B错误；C．H2O2具有氧化性，应为原电池的正极，正极周围海水的pH增大，电极反应式为H2O2+2H++2e-=2H2O，故C正确，电池总反应应为H2O2+2H++Mg═Mg2++2H2O，不断消耗H+离子，被还原，不可能生成Mg（OH）2A．工作时，正极反应式为H2O2+2H++2e-═2H2O
采纳率：69%
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KOH燃料电池的总反应是什么
燃料为 H2 O2
楼上打错了。碱性环境中：阳极： H2 - 2e + 2OH- = 2H2O阴极： O2 + 4e + 2H2O
采纳率：51%
2H2 + O2 = 2H2O总反应就是氢与氧化合生成水的反应。其中负极（阳极）反应为 H2+2OH- -2e=2H2O正极（阴极）反应为 O2 + 4e +4OH- =4H2O
和原电池反应一样的 我打不出来
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导读：第二讲原电池化学电源姓名，其中是由化学能转变为电能的是()，2．世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池，A．光伏电池是将太阳能转变为电能B．光伏电池是将化学能转变为电能C．电流从a流向，P型半导体为负极3．镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸)，下列说法正确的A．电池总反应为Mg＋H2O2===Mg(OH)2，正极周围海水的pH减小D．电池工作时，4．如图甲是Zn和Cu第二讲 原电池 化学电源
1．下列装置中，都伴随有能量变化，其中是由化学能转变为电能的是(
2．世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最。下列有关叙述正确的是(
A．光伏电池是将太阳能转变为电能
B．光伏电池是将化学能转变为电能 C．电流从a流向b
D．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极 3．镁/H2O2酸性燃料电池采用海水作电解质(加入一定量的酸)，下列说法正确的
A．电池总反应为Mg＋H2O2===Mg(OH)2
B．正极发生的电极反应为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O C．工作时，正极周围海水的pH减小 D．电池工作时，溶液中的H＋向负极移动 4．如图甲是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如图乙所示，则卡片上的描述合理的是
实验后的记录： ①Cu为阳极，Zn为阴极
②Cu极上有气泡产生 ③SO42－向Cu极移动 ④若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体 ⑤电子的流向是：Cu→导线→Zn
⑥正极反应式：Cu＋2e－===Cu2＋ 图乙
D．③④⑤ 5．某航空站安装了一台燃料电池，该电池可同时提供电和水蒸气。所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O， 1 －正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO23，则下列推断正确的是
A．负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．该电池可在常温或高温时进行工作，对环境具有较强的适应性
C．该电池供应2 mol水蒸气，同时转移2 mol电子
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) A．通入氧气的电极为正极 B．参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7∶2 C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降 D．放电一段时间后，正极区附近溶液的pH减小 7．氢氧燃料电池以KOH溶液为电解质溶液，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的物质的量浓度不变 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0.2 mol电子转移 请将上述答案填在下表中： 1
8．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为： 放电3Zn＋2K2FeO4＋8H2O=====充电3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 请回答下列问题： (1)高铁电池的负极材料是________。 (2)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，则正极反应为
(3)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 9．近几年开发的甲醇燃料电池采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换 膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下：
(1)Pt(a)电极是电池的________极，电极反应式为
_______；Pt(b)电极发生________ 反应(填“氧化”或“还原”)，电极反应式为
(2)电池的总反应方程式为__________________________________________ (3)如果该电池_____。工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH有________mol。 10．碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。
1.惰性电极 2.直流电源 3.离子交换膜 4.冷却水 (1)碘是________(填颜色)固体物质，实验室常用________的方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。 (2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应： 3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。 电解时，阳极上发生反应的电极反应式为_____________________________________________________________； 每生成1 mol KIO3，电路中通过的电子的物质的量为________。 (3)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I－。请设计一个检验电解液中是否有I－的实验方案，并按要求填写下表。 要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。 试剂：淀粉溶液、淀粉KI试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。 实验方法 实验现象及结论
(4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下： 阳 极①③④碘酸钾→②D→过滤D→洗涤D→⑤D→晶 体 电解液D→蒸发浓缩D步骤②的操作名称是________，步骤⑤的操作名称是________。步骤④洗涤3 晶体的目的是_____________________________________________。 11．第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。
(1)混合动力车的内燃机以汽油为燃料，汽油(以辛烷C8H18计)和氧气充分反应，生成1 mol水蒸气放热569.1 kJ。则该反应的热化学方程式为_______________________________________________________________。
(2)混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为KOH)为电解质溶液。镍氢电池充放电原放电理示意如图，其总反应式为H2＋2NiOOH充电2Ni(OH)2。根据所给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为_______________________________________________________________。
(3)Cu2O是一种半导体材料，可通过如图所示的电解装置制取，电解总反应式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，阴极的电极反应式是_______________________________________________________________。 用镍氢电池作为电源进行电解，当电池中有1 mol H2被消耗时，Cu2O的理论产量为________g。
(4)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。
4 包含总结汇报、外语学习、行业论文、旅游景点、教学研究、经管营销、农林牧渔、资格考试、求职职场以及第二讲原电池化学电源等内容。
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