燃料电池习题1

燃料电池

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2H 2+O 2=2H 2O 。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CO 2和H 2O ，即CH 4+2O 2=CO 2+2H 2O ；在碱性电解质中生成CO 32-离子和H 2O ，即CH 4+2OH -+2O 2=CO 32-+3H 2O 。

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O 2得电子生成O 2-离子，故正极反应式的基础都是O 2＋4e-=2O 2-。正极产生O 2-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，O 2-离子不能单独存在，可供O 2-离子结合的微粒有H +离子和H 2O ，O 2-离子优先结合H +离子生成H 2O 。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O 2＋4H ++4e -=2H 2O 。 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，O 2-离子也不能单独存在，O 2-离子只能结合H 2O 生成OH -离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O 2＋2H 2O +4e -=4OH -。

⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO 3和Na 2CO 3熔融盐混和物）

在熔融的碳酸盐环境中，O 2-离子也不能单独存在， O 2-离子可结合CO 2生成CO 32-离子，则其正极反应式为O 2＋2CO 2 +4e -=2CO 32-。

⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）

该固体电解质在高温下可允许O 2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O 2＋4e -=2O 2-。 综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O 2＋4e -=2O 2-，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。

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

CH 4 H 2SO 4

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

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

KOH

KOH

KOH

习题

1．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇和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(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-

B.O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(l)

C.CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+6H+(aq)+6e-

D.O2(g)+2H2O(l)+4e-=4OH-

2．某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H＋，

其基本结构见下图，电池总反应可表示为：

2H2＋O2＝2H2O，下列有关说法正确的是

A.电子通过外电路从b极流向a极

B.b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

C.每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2

D.H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

3．以葡萄糖为燃料微生物燃料电池结构示意图如图示。

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．每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2 22.4/6 L

4．熔融盐燃料电池因具有高效率而受重视。可用Li2CO3和Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2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＋2CO32－＝4CO2＋4e－

阴极反应式：___________________________________。

5．肼（N2H4）—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：N2H4＋O2＝N2↑＋2H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是（多选）A．负极的电极反应式是：N2H4＋4OH－－4e－＝4H2O＋N2↑

B．正极的电极反应式是：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O

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

6．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___________________________．

7．某原电池中，电解质溶液为稀H2SO4,分别向负极通入CO(或CH4、或H2S),向正极通入O2(或Cl2),试完成下列问题：

(1)当分别通入CO和O2时：

①正极反应：________________________；②负极反应：________________________；

③电池总反应：________________________；

④电解质溶液pH的变化_______．(填“增大”“减小”或“不变”．下同)