第十二讲 燃料电池
教学目标
1．了解常见的燃料电池的种类及其工作原理； 2．能够书写电极反应式和电池反应方程式。 知识梳理
知识点一、燃料电池的构造及原理
1．燃料电池的定义：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。这是一种高效、环境友好的发电装置。 2．燃料电池的构成
（1）常见的燃料电池的燃料：H2、一氧化碳、烃、甲醇、葡萄糖、肼、氨、煤气、金属铝 （2）常见燃料电池的氧化剂：纯氧气或空气中的氧气
（3）常用的电解质溶液：酸性（硫酸、磷酸）、碱性（氢氧化钾）、熔融盐（碳酸锂和碳酸钠）、固体（在高温下能传导O2-）
典型例题
1．右图为氢氧燃料电池原理示意图，下列叙述正确的是( )
A．a电极是正极
B．b电极的电极反应4OH－
2H2O +4 e－＋O2?
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 答案：D
2．“神舟七号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCFC型燃料电池。该电池可同时供应电和水蒸气，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，负极反应为H2 + 2e－ + CO32－ = CO2↑ + H2O，则下列推断中，正确的是( )
A．电池工作时，CO32－向负极移动
B．电池放电时，外电路电子由通氧气的正极流向通氢气的负极 C．正极的电极反应为：4OH－→O2↑+2H2O+2e－ D．通氧气的电极为阳极，发生氧化反应 答案：A 3.（2014朝阳高二期末19）甲烷燃料电池是一种高效新能源，有关说法不正确的是（电解质是氢氧化钾溶液） ( )
A.负极反应式为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O B.负极反应式为：2O2+4H2O+8e-=8OH- C.电池放电过程中，电解质溶液的pH不变
D.甲烷燃料电池的能量转化率远比甲烷燃烧的能量大 答案：C 4.下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（电解质溶液是KOH溶液） （ ） A. 负极反应式为：CH4 + 10OH- - 8e-= CO32- +7H2O B. 正极反应式为：2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH- C. 电池放电过程中，电解质溶液的pH值不变
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 答案：C
知识点二、新型电解质电池
【例1】已知右图氢氧燃料电池装置，请分别写出在下列介质中的两极反应方程式。 （1）介质为KOH溶液
负极反应方程式： H2 - 2e- + 2 OH-＝2 H2O 正极反应方程式：O2 + 4e- +2 H2O ＝4 OH-
负极方程式书写步骤 第一步 第二步
负极方程式＝第一步 +（第二步）×2 消去H+
H2 - 2e- + 2 OH-＝2 H2O H+ + OH- ＝ H2O H2 - 2e- ＝ 2H+ 正极方程式书写步骤 第一步 第二步
O2- + H2O ＝2 OH- O2 + 4e- ＝ 2O2- 正极反应式 = 第一步+（第二步）×2 消去O2-
O2 + 4e- +2 H2O ＝4 OH- 思考：
1.燃料电池中，燃料充当哪个电极?
负极 2.氢氧燃料电池中，铂电极的作用?
吸附和催化 3.氢氧燃料电池中的其它优点?
小结:
1.燃料电池的电极方程式书写步骤
观察已知条件 → 确定反应物 → 判断生成物及其在介质中的稳定性（不共存会反应） → 依化合价变化确定e → 观察介质并提取介质中关离子依电荷守恒补入方程→依介质中的微粒（H2O、熔融物等）等补平原子。 2.电池工作时，两极溶液pH变化
依据两极反应方程式，判断电解质溶液pH变化，口诀：正增负减 （2）介质为H2SO4溶液
负极反应方程式：H2 - 2e- ＝ 2H+ 正极反应方程式：O2 + 4e- + 4 H+ ＝2 H2O （3）介质为NaCl溶液
负极反应方程式： H2 - 2e- ＝ 2H+ 正极反应方程式： O2 + 4e- +2 H2O ＝4 OH-
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