氢氧燃料电池

3.(1)今有2H2＋O2 2H2O反应，构成燃料电池， 则负极通的应是 H2 ，正极通的应是 O2 ，电极 反应式为 负极： 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 、 正极： O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 。 (2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应 式为 负极： 2H2－4e－===4H＋ 、 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O 。(1)和(2)的电解液 不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？ 。 (1)变小，(2)变大 (3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式 为： 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋ 7H2O 、 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 。
【解析】Li和Al都属于金属，所以Li－Al应该属于 合金而不是化合物，因此化合价为0价，A错误； 由正极反应式知负极应该是Li失去电子而不是Al， 选项C错误，B正确；充电时阴极相当于原电池的 负极，要得电子，正确的反应式是2Li＋＋2e－ ===2Li，所以选项D也错误。
重要考点1
二次电池的原理与特点
1.Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极 材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池 的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。 此电池工作时，被氧化的物质是( A ) A．Li B．SOCl2 C．LiCl D．S和SO2
2.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以 取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是 H2＋NiO(OH) Ni(OH)2 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是(双选)( CD ) A．放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池充电时，氢元素被还原 D．电池放电时，H2是负极
2．有氧气参加的燃料电池正极反应式的书写 (1)酸性条件(如硫酸)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O (2)碱性条件(如KOH溶液)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (3)熔融的盐(如K2CO3并在通O2的一极通CO2)： O2＋2CO2＋4e－===2CO32(4)熔融的氧化物(有O2－迁移)O2＋4e－===2O2－ 若已知燃料电池总反应和正极反应式将很容易书写负 极反应式。
【解析】由于是微生物燃料电池，则不可能在高温 下工作，所以A错误；放电过程中，H＋从负极区向 正极区迁移，结合O2－形成H2O，所以C错误；消耗 1 mol氧气则转移4 mol e－，由C6H12O6＋6H2O－24e －===6CO ＋24H＋计算出：转移4 mol e－则生成1 2 mol CO2，即22.4 L，所以D错误。
重要考点2
燃料电池的原理与特点
1．燃料电池的特点 燃料电池是利用燃烧反应或与之类似的反应具有能量变 化大的特点而设计的电池。它具有高效无污染的特点，正成 为新能源研究的重点。燃料电池的工作原理具有如下特点： (1)两电极可能相同，电极不参加反应。电极的作用是催化转 换，作用很关键，原理很复杂。 (2)氧气等氧化剂总是在正极得电子发生还原反应，燃料在负 极失电子来自百度文库生氧化反应。 (3)燃料电池的电解质可能是酸性、碱性和熔融的盐或氧化物。 (4)燃料电池总反应式的条件都不能写“点燃”，通常条件不写。
【基础题一】(湖南师大附中2010届高三第四次月 考)下列有关电池的说法不正确的是( B ) A．手机上用的锂离子电池属于二次电池 B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流 向锌电极 C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D．锌锰干电池中，锌电极是负极
【解析】手机上用的锂离子电池可以反复充放电， 属于二次电池，A选项正确。锌比铜活泼，因此 构成原电池时，锌失电子作负极，电子沿外电路 流向正极铜，所以B选项错误。
答案：B
【温馨提示】 (1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性， 起导电作用。 (2)燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料(如H2、 CH4、CH3OH等)，在正极上参与反应的是空气或氧 气，电解质溶液一般是KOH溶液。 (3)书写电极反应方程式时：酸性条件下可用H＋和 H2O配平；碱性条件可用OH－和H2O配平。
【考点释例2】 (湖南雅礼中学2010届高三12月质量 检测)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图 如图所示。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＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成 标准状况下CO2气体
(3)CH3OH燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向 两极分别通入CH3OH和O2。 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO32-＋12H2O； 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 总反应方程式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3 ＋6H2O
2．二次电池 (1)铅蓄电池 ①铅蓄电池放电原理的电极反应 负极：Pb＋SO42-－2e－===PbSO4；正极：PbO2＋4H＋ ＋SO42-＋2e－===PbSO4＋2H2O 总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O ②铅蓄电池充电原理的电极反应 阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-； 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO42总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资 料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失 去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是 因为 ______________________________________________。 (3)下图是废弃镍镉电池中的重金属渗入水体后，进 入人体的一条途径：
3．燃料电池 (1)氢氧燃料电池 当用碱性电解质时，电极反应为 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应：2H2＋O2===2H2O (2)甲烷燃料电池 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极 上分别通甲烷和氧气。 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋7H2O； 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 总反应方程式为CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
(2)纽扣式电池(银锌电池) 银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH， 总反应方程式：Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO 特点：此种电池比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜 小电流连续放电。 (3)锂电池 锂电池用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由 四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。 锂电池的主要反应为：负极：8Li－8e－===8Li＋； 正极：3SOCl2＋8e－===SO＋2S＋6Cl－ 总反应式为：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S 特点：锂电池是一种高能电池，具有质量轻、电压稳定、 工作效率高和储存寿命长的优点。
二、几种主要化学电源 1．一次电池 (1)碱性锌锰电池 构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH。 工作原理：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋ Zn(OH)2 特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电 流和连续放电。
一、化学电源(电池)的特点与分类 1．实用电池一般具有以下的特点 (1)能产生比较稳定而且较高电压的电流； (2)安全、耐用且便于携带，易于维护； (3)能够适用于各种环境； (4)便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较 小； (5)能量转换率高。 2．化学电池分类 (1)一次电池(如锌锰干电池、碱性锌锰电池) (2)二次电池(又叫充电电池或蓄电池，如铅蓄电池) (3)燃料电池(如氢氧燃料电池)
【思考题】(2010· 浙江)Li－Al/FeS电池是一种正在开 发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li ＋＋FeS＋2e－===Li S＋Fe。有关该电池的下列说法 2 中，正确的是( B ) A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化 合价为＋1价 B．该电池的电池反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e －===2Li＋＋FeS
(2)镍－镉碱性蓄电池 构成：放电时镉(Cd)为负极，正极是NiO(OH)，电解 液是KOH。 工作原理：负极：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2； 正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－ 总反应式：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋ 2Ni(OH)2 特点：电压稳定、使用方便、安全可靠、使用寿命长， 但一般体积大、废弃电池易污染环境。
【基础题二】日常所用的干电池的电极分别为碳棒 和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入 MnO2氧化吸收H2)，电极反应可简化为：Zn－2e－ ===Zn2＋；2NH＋2e－===2NH3＋H2，根据上述叙 述判断下列说法正确的是(BC ) A．干电池中锌为正极，碳为负极 B．干电池工作时，电子由锌极经外电路流向碳极 C．干电池长时间连续工作时，内装糊状物可能流 出腐蚀用电器 D．干电池可实现化学能向电能的转化和电能向化 学能的转化
可充电电池是高考常考知识点，二次电池首先需 要判断什么情况下是原电池，什么情况下是电解池， 二次电池充电时是电解池，放电时是原电池。充电和 放电是在两种不同的条件下发生的，充电是在外接电 源条件下发生的非自发氧化还原反应，放电是在无外 接电源条件下发生的自发氧化还原反应。
【考点释例1】化学电池在通讯、交通及日常生活中 有着广泛的应用。 (1)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可以 表示为Cd＋2NiO(OH)＋2H2O 2Ni(OH)2＋ Cd(OH)2；已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶 于酸，以下说法中正确的是( ) ①以上反应是可逆反应 ②以上反应不是可逆反应 ③充电时化学能转变为电能 ④放电时化学能转变为电能 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
2.一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入 丁烷气体，电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆 (ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃 料的说法正确的是(双选)(BC ) A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极 B．电池的总反应是： 2C4H10＋13O2―→8CO2＋10H2O C．通入空气的一极是正极，电极反应为： O2＋4e－===2O2－ D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为： C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2↑＋5H2O
1.(2010· 湖南怀化市第二次模拟考试化学试题)据报 道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在北京 奥运会期间为运动员提供了服务。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( B ) 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
【温馨提示】 1.二次电池的特点：电压稳定、使用方便、安全可靠、 使用寿命长，但一般体积大、废弃电池易污染环境。 2．二次电池首先需要判断什么情况下是原电池，什 么情况下是电解池，二次电池充电时是电解池，放电 时是原电池。充电和放电是在两种不同的条件下发生 的，充电是在外接电源条件下发生的非自发氧化还原 反应，放电是在无外接电源条件下发生的自发氧化还 原反应。
生物体D中重金属浓度________(填“大于”、“等于”或 “小于”)生物体A中重金属浓度，这是通过食物链 ________作用所引起的。除上述途径外，被污染水体 中的重金属还可以直接通过________(途径)进入人体。
答案：(1)B (2)Ni(OH)2和Cd(OH)2均溶于酸形成有毒的离子 (3)大于；富集；被污染的饮用水