知識點11 化學能轉化為電能——原電池（第3課時）
【考綱定位】了解常見化學電源的種類及其工作原理。
【知識回顧】
考點燃料電池的工作原理及其應用
燃料電池是一種不經過燃燒而直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉化為電能的裝置。近年來，燃料電池因其具有能量利用率高、可連續使用、環境汙染輕、結構模組化等突出優點已成為一種發展前景十分廣闊的化學電源，得到了迅速的發展。以電解質型別來區分，目前的燃料電池主要有以下幾種型別：
鹼性燃料電池(afc)、磷酸型燃料電池(pafc)、固體氧化物燃料電池(sofc)、熔融碳酸鹽燃料電池(mcfc)和質子交換膜燃料電池(pemfc)。
1.鹼性燃料電池
鹼性燃料電池的電解質為濃氫氧化鉀的水溶液，將oh－從正極輸送到負極。其工作溫度為80℃左右，且對co2非常敏感（電解質能與co2反應），所以只能用純氧氣作為氧化劑。
寫出下列燃料電池的電極反應式及總反應式
⑴氫氣燃料電池
⑵co燃料電池
⑶甲烷燃料電池
⑷甲醇燃料電池
【練一練】某氫氧燃料電池的電解質溶液為koh溶液，下列有關該電池的敘述正確的是（ ）
a． 電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
b．電池工作時，oh－向正極移動
c．工作一段時間後，電解質溶液的ph變大
d．用該電池電解cucl2溶液，產生2.24 l cl2（標準狀況）時，有0.2 mol e－轉移
2.酸性磷酸型燃料電池
磷酸型燃料電池的電解質是磷酸溶液，將h+從負極傳送到正極，工作溫度在200℃左右。磷酸型燃料電池對co2不敏感（電解質不與co2反應）。與其它燃料電池相比，磷酸型燃料電池由於工作溫度低、不需用純氧而能實現低成本運營，是最早投入工業化發電的燃料電池。
寫出下列燃料電池的電極反應式及總反應式
⑴氫氣燃料電池
⑵co燃料電池
⑶甲烷燃料電池
⑷甲醇燃料電池
【練一練】甲醇（ch3oh）燃料電池可用於膝上型電腦、汽車等，一極通入甲醇，另一極通入氧氣，電池工作時，h+由負極移向正極。下列敘述正確的是
a．氧氣為負極
b．甲醇為負極
c．正極反應為：o2+4h++4e-==2h2o
d．負極反應為：ch3oh+h2o+6e- ==co2↑+ 6h+
3.固體氧化物燃料電池
固體氧化物燃料電池以氧化釔—氧化鋯固體為電解質，這種固體電解質在高溫下(1000℃)能將o2－從正極運送到負極，由於工作溫度很高，因此這種燃料電池的電解質連同其他元件都由陶瓷材料製成。
寫出下列燃料電池的電極反應式及總反應式
⑴氫氣燃料電池
⑵co燃料電池
⑶甲烷燃料電池
⑷甲醇燃料電池
【練一練】瓦斯**是煤礦開採中的重大危害，一種瓦斯分析儀（下圖甲）能夠在煤礦巷道中的甲烷濃度達到一定濃度時，可以通過感測器顯示。該瓦斯分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如下圖乙所示，其中的固體電解質是y2o3－na2o，o2-可以在其中自由移動。
下列有關敘述正確的的是（ ）
a．瓦斯分析儀工作時，電池內電路中電子由電極b流向電極a
b．電極b是正極，o2-由電極a流向電極b
c．電極a的反應式為：ch4+4o2—+8e—==co2 +2h2o
d．當固體電解質中有1 mol o2-通過時，電子轉移4mol
4.熔融鹽燃料電池
熔融碳酸鹽燃料電池以復合碳酸鹽為電解質，通過co32-從正極向負極的流動,進行物質和電荷的傳遞。由於co32-不斷地從正極輸送到負極，因此正極需要補充co2，工作溫度約在650℃。
寫出下列燃料電池的電極反應式及總反應式
⑴氫氣燃料電池
⑵co燃料電池
⑶甲烷燃料電池
⑷甲醇燃料電池
【練一練】一種新型熔融鹽燃料電池具有高發電效率而倍受重視。現有用li2co3和k2co3的熔融鹽作電解質，工作溫度為，700℃的燃料電池，一極通ch4氣體，另一極通空氣和co2的混合氣體，其電池總反應是ch4+2o2＝co2+2h2o。則下列說法中不正確的是
a．負極的電極反應為：ch4+4co32-→5co2+2h2o+8e-
b．正極的電極反應為：2o2+4h2o+8e-→8oh-
c．電池工作時，熔融鹽中co32-向負極移動
d．電池工作時，熔融鹽中co32-的物質的量保持不變
五、質子交換膜燃料電池
質子交換膜燃料電池的電解質為固體聚合物薄膜，此膜加濕後可將質子(h+)從負極傳送到正極。其工作溫度為80～100℃。
此類燃料電池的電極反應式及總反應式與酸性的燃料電池的書寫形式相同。
【練一練】科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電能的重要途徑。近幾年開發的甲醇燃料電池是採用鉑作電極催化劑，電池中的質子交換膜只允許質子和水分子通過。其工作原理的示意圖如下：
下列說法錯誤的是
a．a是負極，b是正極
b．b極的電反應是：o2+4h++4e-==2h2o
c．甲醇在a極上得電子，發生還原反應
d．當電路上通過2mol電子消耗的ch3oh為1/3mol
【達標測試】
1. 肼(n2h4)—空氣燃料電池是一種鹼性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的koh溶液。下列說法中，不正確的是( )
a．該電池放電時，通入肼的一極為負極
b．電池每釋放1 mol n2轉移的電子數為4na
c．通入空氣的一極的電極反應式是：
o2＋2h2o＋4e－===4oh－
d．電池工作一段時間後，電解質溶液的ph將不變
2. 某固體酸燃料電池以cshso4固體為電解質傳遞h＋，其基本結構見下圖，電池總反應可表示為：2h2＋o2===2h2o，下列有關說法正確的是( )
a．電子通過外電路從b極流向a極
b．b極上的電極反應式為：o2＋2h2o＋4e－===4oh－
c．每轉移0.1 mol電子，消耗1.12 l的h2
d．h＋由a極通過固體酸電解質傳遞到b極
3. 用酸性氫氧燃料電池為電源進行電解的實驗裝置示意圖如下圖所示。下列說法中正確的是
a．燃料電池工作時，正極反應為：o2+2h2o+4e一=40h—
b．a極是鐵，b極是銅時，b極逐漸溶解，a極上有銅析出
c．a極是粗銅，b極是純銅時，a極逐漸溶解，b極上有銅析出
d．a、b兩極均是石墨時，在相同條件下a極產生的氣體與電池中消耗的h2體積相等
4. 如下圖所示，裝置1為甲烷燃料電池（電解質溶液為koh溶液），通過裝置ii實現鐵棒上鍍銅。
①a處通入b處電極上發生的電極反應式是
②電鍍結束後，裝置i中溶液的ph ，裝置ii中cu2+的物質的量濃度 。填（「變大」「變小」或「不變」）
③若完全反應後，裝置ii中陰極質量增加12.8g，則裝置i中理論上消耗甲烷______i.（標準狀況下）。
5. 某甲烷燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質，ch4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料做電極。為了使該燃料電池長時間穩定執行，電池的電解質組成應保持穩定，電池工作時必須有部分a物質參加迴圈（見右圖）。
a物質的化學式是該原電池的負極反應式可表示為
6. 某科研單位利用電化學原理用so2來製備硫酸，裝置如右圖，含有某種催化劑，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸。通入so2的電極為極，其電極反應式為電池的總反應式為
7. 通過nox感測器可監測nox的含量，其工作原理示意圖如下：
(1)pt電極上發生的是________反應(填「氧化」或「還原」)。
(2)寫出nio電極的電極反應式：
8. 科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電能的重要途徑。近幾年開發的甲醇燃料電池是採用鉑作電極催化劑，電池中的質子交換膜只允許質子和水分子通過。其工作原理的示意圖如下：
甲醇燃料電池工作原理示意圖
請回答下列問題：
(1)pt(a)電極是電池的極，電極反應式為pt(b)電極發生反應(填「氧化」或「還原」)，電極反應式為
(2)電池的總反應方程式為
(3)如果該電池工作時電路中通過2 mol 電子，則消耗的ch3oh有mol。
燃料電池總結
d 正極上發生的反應為o2 4e 2h2o 4oh 2 將兩個鉑電極放置在koh溶液中，然後分別向兩極通入ch4和o2，即可 產生電流。下列敘述正確的是 通入ch4的電極為正極 正極的電極反應式為o2 2h2o 4e 4oh 通入ch4的電極反應式為ch4 2o2 4e co2 2h2o 負極的電極...
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