知识点燃料电池

知识点11 化学能转化为电能——原电池（第3课时）

【考纲定位】了解常见化学电源的种类及其工作原理。

【知识回顾】

考点燃料电池的工作原理及其应用

燃料电池是一种不经过燃烧而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转化为电能的装置。近年来，燃料电池因其具有能量利用率高、可连续使用、环境污染轻、结构模块化等突出优点已成为一种发展前景十分广阔的化学电源，得到了迅速的发展。以电解质类型来区分，目前的燃料电池主要有以下几种类型：碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

1.碱性燃料电池

碱性燃料电池的电解质为浓氢氧化钾的水溶液，将OH－从正极输送到负极。其工作温度为80℃左右，且对CO2非常敏感（电解质能与CO2反应），所以只能用纯氧气作为氧化剂。

写出下列燃料电池的电极反应式及总反应式

⑴氢气燃料电池

⑵CO燃料电池

⑶甲烷燃料电池

⑷甲醇燃料电池

【练一练】某氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述正确的是（）A．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

B．电池工作时，OH－向正极移动

C．工作一段时间后，电解质溶液的pH变大

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 e－转移

2.酸性磷酸型燃料电池

磷酸型燃料电池的电解质是磷酸溶液，将H+从负极传送到正极，工作温度在200℃左右。磷酸型燃料电池对CO2不敏感（电解质不与CO2反应）。与其它燃料电池相比，磷酸型燃料电池由于工作温度低、不需用纯氧而能实现低成本运营，是最早投入工业化发电的燃料电池。

写出下列燃料电池的电极反应式及总反应式

⑴氢气燃料电池

⑵CO燃料电池

⑶甲烷燃料电池

⑷甲醇燃料电池

【练一练】甲醇（CH3OH）燃料电池可用于笔记本电脑、汽车等，一极通入甲醇，另一极通入氧气，电池工作时，H+由负极移向正极。下列叙述正确的是

A．氧气为负极

B．甲醇为负极

C．正极反应为：O2+4H++4e-==2H2O

D．负极反应为：CH3OH+H2O+6e- ==CO2↑+ 6H+

3.固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池以氧化钇—氧化锆固体为电解质，这种固体电解质在高温下(1000℃)能将O2－从正极运送到负极，由于工作温度很高，因此这种燃料电池的电解质连同其他组件都由陶瓷材料制成。

写出下列燃料电池的电极反应式及总反应式

⑴氢气燃料电池

⑵CO燃料电池

⑶甲烷燃料电池

⑷甲醇燃料电池

【练一练】瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪（下图甲）能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，可以通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3

－Na2O，O2-可以在其中自由移动。

下列有关叙述正确的的是（）

A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极

b流向电极a

B．电极b是正极，O2-由电极a流向电极b

C．电极a的反应式为：CH4+4O2—+8e—==CO2

+2H2O

D．当固体电解质中有1 mol O2-通过时，电子转移4mol

4.熔融盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池以复合碳酸盐为电解质，通过CO32-从正极向负极的流动,进行物质和电荷的传递。由于CO32-不断地从正极输送到负极，因此正极需要补充CO2，工作温度约在650℃。

写出下列燃料电池的电极反应式及总反应式

⑴氢气燃料电池

⑵CO燃料电池

⑶甲烷燃料电池

⑷甲醇燃料电池

【练一练】一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率而倍受重视。现有用Li2CO3和K2CO3的熔融盐作电解质，工作温度为，700℃的燃料电池，一极通CH4气体，另一极通空气和CO2的混合气体，其电池总反应是CH4+2O2＝CO2+2H2O。则下列说法中不正确的是

A．负极的电极反应为：CH4+4CO32-→5CO2+2H2O+8e-

B．正极的电极反应为：2O2+4H2O+8e-→8OH-

C．电池工作时，熔融盐中CO32-向负极移动

D．电池工作时，熔融盐中CO32-的物质的量保持不变

五、质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池的电解质为固体聚合物薄膜，此膜加湿后可将质子(H+)从负极传送到正极。其工作温度为80～100℃。

此类燃料电池的电极反应式及总反应式与酸性的燃料电池的书写形式相同。

【练一练】科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是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：

下列说法错误的是

A．a是负极，b是正极

B．b极的电反应是：O2+4H++4e-==2H2O

C．甲醇在a极上得电子，发生还原反应

D．当电路上通过2mol电子消耗的CH3OH为1/3mol

【达标测试】

1.肼(N2H4)—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。下列说

法中，不正确的是( )

A．该电池放电时，通入肼的一极为负极

B．电池每释放1 mol N2转移的电子数为4N A

C．通入空气的一极的电极反应式是：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将不变

2.某固体酸燃料电池以CsHSO4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.用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置示意图如下图所示。下列说法中正确的是A．燃料电池工作时，正极反应为：O2+2H2O+4e一=40H—

B．a极是铁，b极是铜时，b极逐渐溶解，a极上有铜析出

C．a极是粗铜，b极是纯铜时，a极逐渐溶解，b极上有铜析出

D．a、b两极均是石墨时，在相同条件下a极产生的气体与电

池中消耗的H2体积相等

4.如下图所示，装置1为甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液），通过装置II实现铁棒上镀铜。

①a处通入，b处电极上发生的电极反应式是______________。

②电镀结束后，装置I中溶液的pH ，装置II中Cu2+的物质的量浓度。填（“变大”“变小”或“不变”）