燃料电池习题解法浅析
有关燃料电池的题目不断出现，近几年各地高考或联考中基本上都可以发现，但纵观所有题目，考查知识点都是燃料电池原理和电极反应式。解答这类题目必须掌握燃料电池原理和了解常见几种燃料电池。
燃料电池原理
负极：通入氢
气的电极，
在反应中失去电子，被氧化到较高价态，发生氧化反应。
正极：通入氧气的电极，在反应中得到电子，被还原到较低价态，发生还原反应。
电子由负极流出经外部导线流入正
极
溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动
一种新型燃料电池，电解质
是固态晶体，在熔融状态下
能传导H+或O2，原理和液态
燃料电池相同
液态燃料电池
电极：惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，电极自身不发生反应，只有导电作用。
以氢氧燃料电池为例讨论
固态燃料电池
二、电极反应式书写所有的燃料电池的工作原理都是一样的，其电极反应式的书写也同样
是有规律可循的。书写燃料电池电极反应式一般分为四步：①写出燃烧反应正确的化学反
应方程式；②根据电解质溶液的酸碱性改写燃料电池总反应；
③写出正极的电极反应式；
④由燃料电池的总反应方程式减去正极的电极反应式得负极的电极反应式
1、燃料电池总反应方程式的书写因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含
碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H20，即CH4+2O2=CO 2+2H2O;在碱性电解质中生
成CO32-离子和H20, 即卩CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。
2、燃料电池正极反应式的书写
因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是O2得电子生成02-离子，故正极反应式的基础都
是O2+ 4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情况归纳如下。
⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）
在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O, O2-离子优先结合H+离子生成出。。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O2+ 4H++4e-=2H2O。
⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）
在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H20生成0H-离子，故在
中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O2＋2H2O +4e-=4OH-。
⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiC0 3和Na2CO3熔融盐混和物）
在熔融的碳酸盐环境中，02-离子也不能单独存在，02-离子可结合C02生成CO32-离子，则
其正极反应式为O2＋2CO2 +4e-=2CO32-。
⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆一氧化钇）
该固体电解质在高温下可允许02-离子在其间通过，故其正极反应式应为02＋4e-=202-。
综上所述，燃料电池正极反应式本质都是02+ 4e-=2O2-,在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。
3、燃料电池负极反应式的书写燃料电池负极反应物种类比较繁多，可为氢气、水煤气、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物质。不同的可燃物有不同的书写方式，要想先写出负极反应式相当困难。一般燃料电池的负极反应式都是采用间接方法书写，即按上述要求先正确写出燃料电池的总反应式和正极反应式，然后在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。
高中化学复习知识点：燃料电池原理及优点 一、单选题 1．甲醇-空气燃料电池的反应为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，下列有关说法正确的是（） A．甲醇-空气燃料电池的负极反应为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O B．一定温度下，反应2H2(g)+CO(g)=CH3OH(g)能自发进行，该反应的ΔH＞0 C．根据共价键的键能可以准确计算CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(l)的ΔH D．标准状况下，甲醇-空气燃料电池放电时消耗5.6LO2，转移电子的数目约为3.01×1023 2．氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH溶液作电解质，下列叙述不正确的是() A．H2在负极发生氧化反应B．燃料电池的能量转化率可达100% C．是一种高效、环保的发电装置D．供电的总反应为：2H2 + O2＝ 2H2O 3．为了强化安全管理，某油库引进一台测空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法不正确的是 A．石墨电极作正极，发生还原反应 B．铂电极的电极反应式：C8H18＋16H2O－50e-===8CO2↑＋50H+ C．H+由质子交换膜左侧向右侧迁移 D．每消耗5.6 L O2，电路中通过1 mol 电子 4．一种以肼(N2H4)为燃料的新型环保电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电极A的电势比电极B的低 B．电极A的电极反应式为N2H4－4e－+4OH－=N2+4H2O C．电极B发生氧化反应 D．每消耗11.2L的O2，转移的电子数为2N A 5．“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，如图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。下列有关说法正确的是( ) A．电极b为电池的负极B．电子由电极a沿导线流向b C．电池反应为C＋CO2===2CO D．煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低 6．一种新型固氮燃料电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．通入H2的电极上发生还原反应 B．正极反应方程式为N2＋6e－＋8H＋=2NH4+ C．放电时溶液中Cl－移向电源正极 D．放电时负极附近溶液的pH增大 7．如图为纳米二氧化锰燃料电池，其电解质溶液呈酸性，已知（CH2O）n中碳的化合价为0价，有关该电池的说法正确的是（） A．放电过程中左侧溶液的pH降低 B．当产生22gCO2时，理论上迁移质子的物质的量为4mol
2020届届届届届届届届届届届届届 ——届届届届 1.尿素[CO(NH2)2]与NO在碱性条件下可形成燃料电池(如图),电池总反应方程式为2CO(NH2)2＋6NO ＋4NaOH＝5N2＋2Na2CO3＋6H2O。下列说法正确的是() A.甲电极为电池的负极,发生还原反应 B.电池工作时,电子经负载、乙电极、电解质又流向甲电极 C.电池工作一段时间后,乙电极周围溶液酸性增强 D.甲电极的电极反应式为CO(NH2)2?6e?+8OH?=CO32?+N2↑+6H2O 2.以二甲醚(CH3OCH3)酸性燃料电池为电源,电解饱和食盐水制备氯气和烧碱,设计装置如图所示。已 知:a电扱的反应式为O2+4H++4e-=2HO,下列说法不正确的是( ) A.b电极的反应式为CH3OCH3+3H2O?12e?=2CO2↑+12H+ B.试剂A为饱和食盐水,试剂B为NaOH稀溶液 C.阳极生成1 mol气体时,有1mol离子通过离子交换膜 D.阴极生成1 mol气体时,理论上导线中流过2mole?
3.一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+CO32??2e??=H2O+CO2 C.电池工作时,CO32?向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为:O2+2CO2+4e??=2CO32? 某种燃料电池是以甲烷(CH4)和空气为原料,以KOH为电解质溶液构成的原电池。电池的总反应类似甲烷在氧气中的燃烧。下列说法正确的是( ) ①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- ②CH4在负极发生氧化反应,电极反应式是:CH4 + 10OH- - 8e- = CO32- + 7H2O ③燃料电池把化学能直接转化为电能,而不经过热能这一种中间形式,所以它的能量转化效率高,并且 减少了对环境的污染 ④这种燃料电池要定期更换电解质溶液 A.①② B.①②③④ C.①③④ D.②④ 4.探索二氧化碳在海洋中转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。研究表明,溶于海水的二氧化碳 主要以无机碳形式存在,其中HCO3-占95%。科学家利用下图所示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。下列说法不正确的是( ) A.a室中OH?在电极板上被氧化 B.b室发生反应的离子方程式为:H++HCO3?=CO2↑+H2O C.电路中每有0.2mol电子通过时,就有0.2mol阳离子从c室移至b室 D.若用氢氧燃料电池供电,则电池负极可能发生的反应为:H2+ 2OH??2e?=2H2O
基于Simulink的PEM燃料电池模拟器 摘要：基于一种面向控制的质子交换膜燃料电池的模型，本文中设计并实现了一种新型的燃料电池模拟器软件，利用Matlab/Simulink工具箱以及Matlab的界面编程能力，将燃料电池系统模块化，在GUI界面上，用户可以根据需要组合各个子系统构建燃料电池系统，并能向模块库中添加用户的模块。 关键字：燃料电池，模拟器，Matlab/Simulink Abstract: Based on a PEM fuel cell model, which is control oriented, This paper realized a tool named FUEL CELL Simulator, with the help of Matlab/Simulink toolboxes and Matlab GUI programming capability. This tool modularized fuel cells and established a subsystem library, thus enable users to group necessary modules to build up specific fuel cell system and also enable users to add modules into library. Keywords: Fuel cell, Simulator, Matlab/Simulink 1 引言 质子交换膜燃料电池已经大规模的应用在汽车，航天等等领域，因此对其建模，并根据模型性能评估，控制系统设计就显得尤为重要。国际上已有ADVISOR[1]，特定于燃料电池在汽车上模拟。学术界已经提出各种各样的模型，而此类模型大多只模拟燃料电池的部分特性。为了能在工程上使用燃料电池的模型来达到设计控制器以及评估燃料电池，需要一种面向控制的燃料电池模型，Jay T.pukruspan在[2]中提出一种面向控制的燃料电池模型，全面地描述了燃料电池的特性。本文集于此模型，更深入的将燃料电池的各个部分模块化，再基于Matlab/Simulink 和Matlab本身强大的界面编程能力，设计出了一套燃料电池模拟器，用户可以在GUI界面中进行燃料电池系统组合，模拟，辨识以及设计控制器。 2 质子交换膜燃料电池的结构及其面向控制的模型 图1：燃料电池系统的结构图 2.1 燃料电池的结构 燃料电池系统主要包括燃料电池反应堆，压缩机，流量控制器，加热器，散热器，加湿器等，各种不同的燃料电池系统的组成有所区别，图1的结构是复杂系统实验室的燃料电池系统的结构图。将燃料电池系统的各个部件模块化，用户就可以选择所需要的部件，组成合
燃料电池原理与发展 燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。由于燃料电池能将燃料的化学能直接转换为电能，因此，它没有像普通火力发电厂那样的通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可避免过程中转换损失，达到市制发电效率。 近20多年来，燃料电池经历了碱式、磷酸、熔融碳酸盐和固体电解质等几种类型的发展阶段。美、日等国已相继建立了一些碳酸燃料电池电厂、熔融碳酸盐燃料电池电厂和质子交换膜燃料电池电厂。燃料电池的结构与普通电池基本相同，有阳极和阴极，通过电解质将这两个电极分开。与普通电池的区别是，燃料电池是开式系统。它要求连续供应化学反应物，以保证连续供电。其工作原理：燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。 介绍一下熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）一、MCFC概述 1.1 燃料电池简述燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，结构如图1-1所示。它的发电方式与常规的化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢)的氧化过程，阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路作功并构成总的电回路。在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行，即在燃料电池内，可在其操作温度下利用化学反应的自由能。但是，燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同，它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。同汽油发电机相似，它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。当电池工作时，要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，排出反应产物，同时排出一定的废热，以维持电池温度的恒定。燃料电池本身只决定输出功率的大小，其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。总体上，燃料电池具有以下特点： (l) 不受卡诺循环限制，能量转换效率高。 (2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。
> 燃料电池-巩固加强 ）— ·- ？ 总反应化学方程式 负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式: 负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式. 负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式负极反应正极反应 总反应化学方程式总反应离子方程式、 负极反应正极反应 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 C2H6 C2H6 ！ C H C2H2 C2H5OH C2H5OH C6H6KOH H2SO4 （ H SO H2SO4 H2SO4 KOH KOH
( 1、熔融盐燃料电池因具有高效率而受重视。可用Li 2CO 3和Na 2CO 3熔融盐混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与CO 2的混合气作为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式。 阳极反应式：2CO ＋2CO 32－＝4CO 2＋4e － 阴极反应式：___________________________________。 2、（多选）肼（N 2H 4）—空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH 溶液。电池总反应为：N 2H 4＋O 2＝N 2↑＋2H 2O 。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是（ ） A ．负极的电极反应式是：N 2H 4＋4OH －－4e －＝4H 2O ＋N 2↑ B ．正极的电极反应式是：O 2＋4H ＋＋4e －＝2H 2O C ．溶液中阴离子向正极移动 D ．溶液中阴离子物质的量基本不变 3、我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功．这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而源源产生电流．只要把灯放入海水中，数分钟后就会发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍．试推测此种新型电池可能的基本结构及电极反应式： (1)__________是负极，电极反应式为___________________________． (2)__________是正极，电极反应式为___________________________． 4、某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，分别向负极通入C 2H 4、C 2H 2或Al(g)，分别向正极通入 O 2或Cl 2．试完成下列问题： (1)当分别通入C 2H 4和O 2时： ①正极反应：______ _______；②负极反应：______ _________； ③电池总反应：_____________________；④溶液pH 的变化：__________ (2)当分别通入C 2H 2和O 2时： ①正极反应：____ ___________；②负极反应：____ ___________； ③电池总反应：_____________________；④溶液pH 的变化：_______________． (3)当分别通入Al(g)和Cl 2时： ①正极反应：_____________ _；②负极反应：_________________________； ③电池总反应：_____________________；④溶液pH 的变化：_______________． 5、据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA ）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO 2被充分吸收生成CO 32－ （1）该电池反应的总离子方程式为__________________________________________。 （2）甲醇在____极发生反应（填正或负），电池在放电过程中溶液的pH 将________ （填降低或上升、不变）；若有16克甲醇蒸气被完全氧化,产生的电能电解足量的CuSO 4溶液，（假设整个过程中能量利用率为80％），则将产生标准状况下的O 2________升。 （3）最近，又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y 2O 3（Y ：钇）的ZrO 2（Zr ： 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 O 2 C 6H 6KOH
燃料电池 燃料电池(FuelC ｅl ｌ)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置.燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。 燃料电池含有阳阴两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成.氢气由阳极进入供给燃料，氧气(或空气)由阴极进入电池. 电池经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成氢质子(pro ｔo ｎ）与电子（ｅlectro ｎ），其中质子进入电解液中,被氧“吸引"到薄膜的另一边,电子经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下,氢质子、氧及电子,发生反应形成水分子。这正是水的电解反应的逆过程,因此水是燃料电池唯一的排放物. 利用这个原理,燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电,为一种 ＂发电机"。 阳极反应 - 阴极反应 总反应 伴随着电池反应， 电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。 燃料电池的分类 1 按燃料电池的运行机理分 根据燃料电池的运行机理的不同,可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池.例如磷酸燃料电池（PA ＦC)和液态氢氧化钾燃料电池（LPH ＦＣ)。 2按电解质种类分 根据燃料电池中使用电解质种类的不同，可分为酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质的燃料电池。即碱性燃料电池（AFC ）、磷酸燃料电池（PAFC ）、熔融碳酸盐燃料电池（MCF Ｃ)、固体氧化物燃料电池(SOF Ｃ）和质子交换膜燃料电池（ＰEMFC ）等。在燃料电池中,磷酸燃料电池(ＰAFC ）、质子交换膜燃料电池(PEMFC ）可以冷起动和快起动,可以用作为移动电源,适应燃料电池电动汽车（FCEV)使用的要求，更加具有竞争力。 ３按燃料类型分 燃料电池的燃料有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料和汽油、柴油以及天然气等气体燃料,有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后,才能成为燃料电池的燃料。根据燃料电池使用燃料类型的不同，可分为直接型燃料电池、间接型燃料电池和再生型燃料电池。 4按工作温度分 e H H 222+→+O H O e H 222122→+++O H O H 22222=+
不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。主要集中在：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以CH 3OH 、O 2燃料电池为例，分析电极反应式的书写。 (1)酸性介质，如H 2SO 4。 CH 3OH 在负极上失去电子生成CO 2气体，O 2在正极上得到电子，在H ＋作用下生成H 2O 。电极反应式为 负极：CH 3OH －6e －＋H 2O===CO 2↑＋6H ＋ 正极：32 O 2＋6e －＋6H ＋===3H 2O (2)碱性介质，如KOH 溶液。 CH 3OH 在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO 2－3， 1 mol CH 3OH 失去6 mol e －，O 2在正极上得到电子生成OH －，电极反应式为 负极：CH 3OH －6e －＋8OH －===CO 2－3＋6H 2O 正极：32 O 2＋6e －＋3H 2O===6OH － (3)熔融盐介质，如K 2CO 3。 在电池工作时，CO 2－3移向负极。CH 3OH 在负极上失去电子，在CO 2－3的作用下 生成CO 2气体，O 2在正极上得到电子，在CO 2的作用下生成CO 2－3，其电极反 应式为 负极：CH 3OH －6e －＋3CO 2－3===4CO 2↑＋2H 2O 正极：32 O 2＋6e －＋3CO 2===3CO 2－3 (4)掺杂Y 2O 3的ZrO 3固体电解质，在高温下能传导正极生成的O 2－。 根据O 2－移向负极，在负极上CH 3OH 失电子生成CO 2气体，而O 2在正极上得电子生成O 2－，电极反应式为 负极：CH 3OH －6e －＋3O 2－===CO 2↑＋2H 2O 正极：32 O 2＋6e －===3O 2－ 题组一 判断“酸、碱”介质，理清书写思路 1．一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 CH 3CH 2OH －4e －＋H 2O=== CH 3COOH ＋4H ＋。下列有关说法正确的( ) A ．检测时，电解质溶液中的H ＋向负极移动 B ．若有0.4 mol 电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L 氧气 C ．电池反应的化学方程式为CH 3CH 2OH ＋O 2===CH 3COOH ＋H 2O D ．正极上发生的反应为O 2＋4e －＋2H 2O===4OH － 2．将两个铂电极放置在KOH 溶液中，然后分别向两极通入CH 4和O 2，即可 产生电流。下列叙述正确的是 ( ) ①通入CH 4的电极为正极 ②正极的电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －
高二化学燃料电池专题 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
燃料电池专题我在这里给同学们梳理一下燃料电池的原理，主要是解决正负极电极方程式书写的问题。 一、预备知识（如果你必修阶段掌握良好可跳过这一部分） 燃料电池说到底还是原电池，我们在这里先复习下必修2中Cu-Zn原电池的原理。1. 看构造 如上图，原电池主要由Cu片、Zn片、稀H2SO4、导线等构成。 2. 谈现象 Zn片是银白色的，在放电过程中溶解。 Cu片是紫红色的，在放电过程中表面有气泡冒出。 3. 说原理 Zn比Cu金属性强（更活泼），即更容易失去电子，导线连接之后，Zn的电子优先选择沿着导线跑到铜片表面去排队1而不是直接跳到溶液里。 Zn由于失去电子被氧化形成Zn2+，就脱离了Zn片表面溶解在了溶液里，Zn片就不断变薄变细。我们把Zn这一极称为负极，电极方程式是Zn-2e-=Zn2+。 与此同时，另一极Cu的表面由于有电子在那儿排队，而显负电，就会吸引溶液中的阳离子H+向该极移动，这些阳离子获得那些排队的电子生成H2，于是就有气泡冒出。我们把Cu这一极称为正极，电极方程式是2H++2e-=H2↑ 4. 小结 Cu-Zn原电池（稀H2SO4作为电解质） Zn是负极，失去电子，被氧化，电极方程式Zn-2e-=Zn2+。
Cu是正极，H+在其表面得电子，被还原，电极方程式2H++2e-=H2↑。 总反应式是Zn+2H+=Zn2++H2↑ 要小心，不要想当然地认为Zn失去电子则Cu得电子，Cu虽然金属性不强但毕竟仍然是金属，且是电的良导体（家里的电线、电话线、网线），说明了它表面的电子还是很容易移动的，因此它不会自己得电子形成带负电的离子。 1：注意，我这里说电子排队只是形象地打个比方便于理解，给中学生讲课是可以这么讲的，实际上只有当回路接通的时候才会有电子跑到铜片上去。而之所以有这样的一个接通回路就会定向移动应该是电势差U造成的。 二、氢氧燃料电池——最简单的燃料电池 下面是该电池的原理图： 1. 看构造 这个电池由两个惰性电极Pt（金属铂）、导线等构成。左右两半溶液槽用隔膜隔开（允许部分离子通过，如阴离子半透膜只允许阴离子通过，不会完全隔断，否则就行不成闭合回路了）。 2. 谈原理 左右分别有一条导气管，将H2和O2输送到Pt电极附近。由于Pt的特性——如表面多孔，可以吸附气体，所以这些输送进去的气体不会立刻浮出水面，而是附着在Pt电极表面。 我们知道H2跟O2相比，前者是还原性气体，后者是氧化性气体。也就是说前者容易失去电子，后者容易得到电子。于是，跟我们之前Cu-Zn原电池类似就有： H2作负极反应物，失去电子，被氧化，生成H+。但是电极方程式却不一定是H2-2e-=2H+。为什么呢因为电解液的酸碱性不知道。如果电解液为酸性或者中性，这些H+
原电池很简单哦，掌握基本原理就融会贯通了哦 §2-2 化学能与电能学案与练习 一、课堂练习 二、重点基础知识 【预备知识】 一、原电池 1、定义：原电池是把转化成的装置。 ① 2、原电池形成的条件：② ③ 3、原电池的工作原理 ①粒子流向电流电子阴离子阳离子 ②发生反应负极反应：反应类型，发生反应 正极反应：反应类型，发生反应 总反应：反应类型，发生反应 【基础知识】 二、化学电源 1、一次电池 2、二次电池（以铅蓄电池为例） 放电时负极反应：充电时阴极反应 正极反应：阳极反应 总反应：总反应 做二次电池习题时，一定要看好充电方向还是放电方向，放电方向就是原电池的工作原理3、燃料电池 总反应： 正极反应：酸性碱性 负极反应： k 第 1 页共5 页
原电池很简单哦，掌握基本原理就融会贯通了哦 第 2 页 共 5 页 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 总反应化学方程式 总反应离子方程式 负极反应 正极反应 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 CH 4 CH 4 H 2 H 2 C 2H 6O C 2H 6O C 2H 4 C 2H 4 KOH H 2SO 4 H 2SO 4 H 2SO 4 H 2SO 4 KOH KOH KOH
简述燃料电池的基本工作原理及主要用途 1.燃料电池的工作原理 燃料电池是一种按电化学原理，即原电池的工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的能量转换装置。其单体电池是由电池的正极(即氧化剂发生还原反应的阴极)、负极(即还原剂或燃料发生氧化反应的阳极)和电解质构成，燃料电池与常规电池的不同之处在于，它的燃料和氧化剂不是贮存在电池内，而是贮存在电池外部的贮罐内，不受电池容量的限制，工作时燃料和氧化剂连续不断地输入电池内部，并同时排放出反应产物。 以磷酸型燃料电池为例，其反应式为： 燃料极(阳极) H2→2H++2e- 空气极(阴极) 1／2O2+2H++2e-→H2O 综合反应式H2+1／2O2→H2O 以上反应式表示：燃料电池工作时向负极供给燃料(氢)，向正极供给氧化剂(空气)，燃料(氢)在阳极被分解成带正电的氢离子(H+)和带负电的电子(e-)，氢离子(H+)在电解质中移动与空气极侧提供的O2发生反应，而电子(e-)通过外部的负荷电路返回到空气极侧参与反应，连续的反应促成了电子(e-)连续地流动，形成直流电，这就是燃料电池的发电过程，也是电解反应的逆过程。 2. 燃料电池的应用 2.1能源发电 燃料电池电站的每一套设备都包括了一整套采用天然气发电的电力系统。分为以下几个分单元：①燃料电池组②燃气制备③空气压缩机④水再生利用⑤逆变器⑥测量与控制系统。燃料电池组产生的直流电通过逆变器转换成电力系统所需的交流电。各国工业界人士普遍对于燃料电池在发电站的应用前景看好。 2.2汽车动力 目前，各国的汽车时用量均在不断增加，其排放的尾气已成为城市环境的主要污染源之一，特别是发展中国家，由于环境治理的力度不够，这一问题更加突出。于是人们要求开发新型的清洁、高效的能源来解决这一问题。质子交换膜燃料电池的出现，解决了燃料电池在汽车动力成本和技术方面存在的若干问题，使燃料电池电动车的开发和使用成为可能。这种电池具有室温快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等特点，适合做汽车动力，是目前世界各国积极开发的运输用燃料电池。 2.3家庭用能源 天然气作为一种洁净的能源已经在家庭中被广泛使用，但其主要被用于炊事和生活热水，以天然气为燃料的燃气电池在家庭中的广泛应用在开辟了天然气在家庭中一种新的用途的同时也将解决目前高峰用电紧张的状况。家庭的一切用电无论是电视机、冰箱、空调等家用电气还是电脑等办公设备都可以通过燃料电池来提供电源，作为家庭使用的分散电源，并可同时提供家庭用热水和采暖，这样可将天然气的能量利用率提高到70％～90％。 2.4其它方面的应用 碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池运行时基本没有红外辐射，而且噪音小，用做潜艇动力，可大大提高其隐蔽性；同时由于它们可在常温下启动工作，且能量密度高，还是理想的航天器工作电源。此外，质子交换膜燃料电池还可用作野外便携式电源。 总之，燃料电池的用途将越来越广泛，它将遍布我们身边的每个角落，成为我们生活中不可缺少的能量来源。
燃料电池专题 1．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如右图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是 A．该电池工作时电能转化为化学能 B．该电池中电极a是正极 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．该电池的总反应：2H2+O2＝2H2O 2．下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为：4OH－— 4e－= 2H2O + O2↑ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂 全部储藏在电池内的新型发电装置 3．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腺务。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 4．氢氧燃料电池用于航天飞船，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：
负极：2H2+4OH—－4e—4H2O 正极：O2+2H2O+4e—4OH— 当得到1.8L饮用水时，电池内转移的电子数约为 A．1.8mol B．3.6mol C．100mol D．200mol 5．航天技术使用氢氧电池具有高能、轻便，不污染优点，氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应式均可表示为：2H2＋O2= 2H2O，酸式氢燃料电池的电解质是酸、其负极反应为：2H2－4e－= 4H＋，则正极反应为；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为：O2＋2H2O＋4e－= 4OH－，则负极反应 为：。 6．美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图所示：a、b 两个电极均由多孔的碳块组成，通人的氢气和氧气由孔隙中逸出，并在电极表面发生电极反应而放电。 (1)该燃料电池发生的总的化学方程式 是：，其电极分别为a 是极，b是极(填正或负)，其电极反应分别是：a极：b极： (2)氢氧燃料电池能量转换率高，无污染，最终产物只有水，阿波罗宇宙飞船上的宇航员的生活用水均由燃料电池提供，已知燃料电池发一度电生成396g水，其热化学方程式是2H2(g)+O2(g) ===2H2O（l)+572kJ，则发出一度电时，产生能量kJ，此燃料电池的能量转换率是。 (3)燃料电池的输出电压为1．2V，要使标有1．2V、1．5W的小灯泡连续发光1小时，则共消耗H2的物质的量为mo1． 7．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，附气体的能力强，性质稳定，请回答：
燃料电池 1、氢氧燃料电池的电极反应 酸性：负极：正极：溶液pH的变化：_______。 碱性：负极：正极：溶液pH的变化：_______。 2.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：O 2+4e-+2H 2 O = 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：2H 2+O 2 = 2H 2 O D.该电池消耗了2.24LH 2 （标准状况）时，有0.1mol电子转移 3、甲烷燃料电池的电极反应 酸性：负极：正极：。 碱性：负极：正极：。 K 2CO 3 ：负极：正极：。 4.甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（） A、负极反应式为CH 4+10OH-－8e-=CO 3 2-+7H 2 O B、正极反应式为O 2＋2H 2 O +4e-=4OH- C、随着不断放电，电解质溶液碱性不变 D、甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大 5、甲醇燃料电池的电极反应 酸性：负极：正极：。 碱性：负极：正极：溶液pH的变化：_______。 固体电解质（可传导O2-）：负极：正极：。6.科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料用于军事目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。试回答下列问题： ⑴这种电池放电时发生的化学反应方程式是。 ⑵此电池的正极发生的电极反应是。 负极发生的电极反应是。 ⑶电解液中的H+离子向极移动；向外电路释放电子的电极是。 7、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．CH 3OH (g) -2e－+O 2(g) = H 2 O (1) +CO 2(g) +2H+ (aq) B．O 2(g)+4e－+4H+ (aq) = 2H 2 O (1) C．CH 3OH (g) -6e－+H 2 O (1) = CO 2(g )+6H+ (aq) D．O 2(g)+4e－+2H 2 O (1 )= 4OH－ 8．某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，分别通入CO和O 2 时： 正极反应: 负极反应：；总反应：溶液pH的变化：_______________． 9．某原电池中，电解质溶液为K 2CO 3 (aq)，分别向负极通入C 2 H 4 和O 2 时：
高考化学燃料电池 1．“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，下图是用固体氧化物作“直接煤燃料电池”的电解质。有关说法正确的是 A. 电极b为电池的负极 B. 电池反应为：C + CO2 = 2CO C. 电子由电极a沿导线流向b D. 煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低 2．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700 -900℃时，O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A. 电池内的O2-由电极乙移向电极甲 B. 电池总反应为N2H4+2O2= 2NO+2H2O C. 当甲电极上有lmol N2H4消耗时，乙电极上有22.4LO2参与反应 D. 电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 3．硼化钒（VB2）-空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如下。该电池工作时的反应为4VB2＋11O2=4B2O3＋2V2O5。下列说法正确的是
A. 电极a为电池负极 B. 反应过程中溶液的pH升高 C. 电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离子选择性膜 D. VB2极的电极反应式为：2VB2+ 22OH?-22e?=V2O5+ 2B2O3+ 11H2O 4．以NaBH4和H2O2作原料的燃料电池，可用作空军通信卫星。电池负极材料采用Pt/C， 正极材料采用MnO2，其工作原理如下图所示。下列说法错误 ．．的是 A. 电池放电时Na+从a极区移向b极区 B. 电极b采用Pt/C，该极溶液的pH增大 C. 该电池a极的反应为BH4-+8OH--8e-===BO2-+6H2O D. 电池总反应：BH4-+ 4H2O2 === BO2- + 6H2O 5．科学家设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能又能固氮的新型电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是 A. 电路中转移3mol电子时，有11.2LN2参加反应 B. A为NH4Cl
燃料电池的工作原理 作者:佚名来源:不详录入:Admin更新时间：2008-8-18 10:07:07点击数：8 【字体：】 燃料电池的一般结构为:燃料（负极）|电解质（液态或固态）|氧化剂（正极）。在燃料电池中,负极常称为燃料电极或氢电极,正极常称为氧化剂电极、空气电极或氧电极。燃料有气态如氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物,液态如液氢、甲醇、高价碳氢化合物和液态金属,还有固态如碳等。按电化学强弱,燃料的活性排列次序为：肼>氢>醇>一氧化碳>烃>煤。燃料的化学结构越简单,建造燃料电池时可能出现的问题越少。氧化剂为纯氧、空气和卤素。电解质是离子导电而非电子导电的材料,液态电解质分为碱性和酸性电解液, 固态电解质有质子交换膜和氧化锆隔膜等。在液体电解质中应用微孔膜,0.2mm～0.5mm厚。固体电解质为无孔膜,薄膜厚度约为20μm。 燃料电池的反应为氧化还原反应,电极的作用一方面是传递电子、形成电流;另一方面是在电极表面发生多相催化反应,反应不涉及电极材料本身,这一点与一般化学电池中电极材料参与化学反应很不相同,电极表面起催化剂表面的作用。 在氢氧燃料电池中,氢和氧在各自的电极反应。氧电极进行氧化反应,放出电子,氢电极进行还原反应,吸收电子,总反应为: O2＋2H2→2H2O 反应结果是氢和氧发生电化学燃烧,生成水和产生电能。由热力学变量可得到以下理论电动势和理论热效率公式： Eo=－(ΔG/2F)=1.23V η=ΔG/ΔH=83.0％ 式中,ΔG和ΔH分别为自由能变化和热焓变化,F是法第常数。
燃料电池工作的中心问题是燃料和氧化剂在电极过程中的反应活性问题。对于气体电极过程,必需采用多孔气体扩散电极和高效电催化剂,提高比表面,增加反应活性,提高电池比功率。 氢在负极氧化是氢原子离解为氢离子和电子的过程,若用有机化合物燃料,首先需要催化裂化或重整,生成富氢气体,必要时还要除去毒化催化剂的有害杂质。这些反应可在电池内部或外部进行,需附加辅助系统。正极中的氧化反应缓慢,燃料电池的活性主要依赖正极。随着温度升高,氧的还原反应有相当的改善。高温反应有利于提高燃料电池反应活性。 对于燃料电池发电系统,核心部件是燃料电池组,它由燃料电池单体堆集而成,单体电池的串联和并联选择,依据满足负载的输出电压和电流,并使总电阻最低,尽量减小电路短路的可能性。其余部件是燃料预处理装置、热量管理装置、电压变换调整装置和自动控制装置。通过燃料预处理,实现燃料的生成和提纯。燃料电池的运行或起动,有的需要加热,工作时放出相当的热量,由热量管理装置合理地加热或除热。燃料电池工作时,在碱性电解液负极或酸性电解液正极处生成水。为了保证电解液浓度稳定,生成的水要及时排除。高温燃料电池生成水会汽化,容易排除,水量管理装置将实现合理的排水。燃料电池与化学电池一样,输出直流电压,通过电压变换成为交流电送到用户或电网。燃料电池发电系统通过自控装置使各个部件协调工作,进行统一控制和管理。
燃料电池的建模仿真 虚拟样机是燃料电池的开发研制中不可或缺的重要工具 燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。 图1 可拆分燃料电池的模型，可以作为手机电池实现多次充电。 如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。 燃料电池具有很多电子产品的优越性能，其中最突出的是高效率和高能量密度。燃料电池可以将氢、天然气、碳氢化合物中的化学能高效的转化为电能，非常适用于汽车以及固定使用的小规模耗能产品。燃料电池又因为具有很高的能量密度，使得他比普通电池更适于可携带设备。 在大部分汽车发动机中，汽油将燃烧产生的热能转化为机械能,转化效率受到卡诺循环的限制,普通的汽车的转化效率只有20%左右。燃料驱动的车辆，燃料中的化学能首先转化为电能，然后通过电动机将电能转化为机械能。这个过程不可避免的要受到卡诺循环的限制，导致内燃机引擎效率只有20%左右。而燃料电池理论上转化效率可高达90%左右，要远远高于内燃机引擎的效率。在实际应用中，这个效率能达到50%。这意味着使用同样的燃料，燃料电池汽车行驶的距离将是普通汽车的两倍。二氧化碳的排放量也更低，燃料电池低的运转温度几乎可以消除氮、硫氧化物的产生。
1．【2015新课标Ⅰ卷理综化学】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 【考点定位】原电池原理；难度为一般等级 【名师点晴】本题是关于能量转化的题目，电化学包括原电池和电解池。原电池是将化学能转化为电能的装置，组成有正负极、电解质溶液、形成闭合回路，活动性强的电极为负极，发生氧化反应，活动性弱的电极为正极，正极上发生还原反应。电解池是将电能转化为化学能的装置。与外加电源正极连接的为阳极，与电源负极连接的为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若阳极是活性电极，则是电极本身失去电子，若电极是惰性电极，则电解质溶液（或熔融状态）阴离子发生还原反应。掌握好阴离子、阳离子的放电顺序、清楚在闭合回路中电子转移数目相等是本题的关键。 2．【2015浙江理综化学】在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制 备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确 ．．．的是（）
A ．X 是电源的负极 B ．阴极的反应式是：H 2O ＋2eˉ＝H 2＋O 2ˉ CO 2＋2eˉ＝CO ＋O 2ˉ C ．总反应可表示为：H 2O ＋CO 2通电====H 2＋CO ＋O 2 D ．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1 【答案】D 【解析】A 、从图示可看出，与X 相连的电极发生H 2O→H 2、CO 2→CO 的转化，均得电子， 应为电解池的阴极，则X 为电源的负极，A 正确；B 、阴极H 2O→H 2、CO 2→CO 均得电子发生还原反应，电极反应式分别为：H 2O ＋2eˉ＝H 2＋O 2ˉ、CO 2＋2eˉ＝CO ＋O 2ˉ，B 正确；C 、从图示可知，阳极生成H 2和CO 的同时，阴极有O 2生成，所以总反应可表示为：H 2O ＋CO 2H 2＋CO ＋O 2，C 正确；
高中化学30个难点专题突破难点23燃料电池 燃料电池两电极都不参加反应，反应的是通到电极上的燃料和氧气，电极反应式的书写有难度。 ●难点磁场 请试做以下题目，然后自我界定学习本篇是否需要。 熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式：2CO＋2CO-2 3 ?→ ?4CO2＋4e－ 正极反应式：。 总电池反应式：。 ●案例探究 [例题]某原电池中盛有KOH浓溶液，假设分不向________(填〝正〞或〝负〞，下同)极通入可燃性气体，向________极通入O2，那么电路中就有电流通过，试完成以下咨询题： 命题意图：考查学生书写燃料电池电极反应的能力。 知识依靠：原电池原理和氧化还原反应原理。 错解分析：忽视电解质溶液是KOH溶液，误以为负极能放出酸性气体。 解题思路：燃料电池中，负极通入的气体具有可燃性，在反应中失去电子，被氧化到较高价态：氢元素将被氧化到最高价：＋1价，在碱性溶液中产物不是H＋，而是H2O——H＋与OH－结合的产物。 H2S中硫元素，含碳物质中的碳元素将被氧化到＋4价，而＋4价的硫(或＋4价的碳) 又不能单独存在，在其常见形式SO2和SO-2 3(或CO2和CO-2 3 )中，因周围环境显碱性生成 酸性氧化物是不可能的，产物应为SO-2 3(或CO-2 3 )，O2－由谁来提供？明显是OH－，提供 O2－后裸离的H＋如何办？与不的OH－结合生成H2O。假设燃料中含有＋1价的氢元素，那么它反应前后的价态不变(差不多上＋1价)，氢元素反应前在含碳燃料中，反应后在生成物水中。负极电极反应式可依照电荷守恒而配平。 燃料电池中，正极通入的O2得电子被还原，成为O2－。 O2－4e－====2O2－ O2－被H2O分子俘获变为OH－：