[高中化学]2017年短平快高考考点突破一本通之09-电化学-考点二-燃料电池-Word版含解析

【要点解读】

一、概念

①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。 ②燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低。

③电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。

二、几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写 A、氢氧燃料电池

氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2， 总反应为：2H2 + O2 === 2H2O

电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质）

负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以： 负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O；

正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此， 正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+

正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2H+ === H2O，因此

正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O) 3．电解质是NaCl溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+

正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2-

B、甲醇燃料电池

甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例）

总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2 + 12e- + 6H2O===12OH- 负极的电极反应式为：CH4O – 6e- + 8OH- === CO32-+ 6H2O 2．酸性电解质（H2SO4溶液为例） 总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O

正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O

负极的电极反应式为：2CH4O – 12e-+2H2O === 12H++ 2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 C、甲烷燃料电池

甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。

负极发生的反应：CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- == CO32- + H2O，所以： 负极的电极反应式为：CH4 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O 正极发生的反应有：O2 + 4e- === 2O2- 和O2- + H2O === 2OH- 所以： 正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-

说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式 D、 铝–空气–海水电池

我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。 电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。 负极的电极反应式为：4Al－12e===4Al3+； 正极的电极反应式为：3O2+6H2O+12e===12OH； 总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3

说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积。

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【重难点指数】★★★★ 【重难点考向一】燃料电池 【典型例题1】【2016年高考新课标Ⅲ卷】锌–空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+4OH–+2H2O===2Zn(OH)4。下列说法正确的是（ ） A．充电时，电解质溶液中K+向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH)逐渐减小 C．放电时，负极反应为：Zn+4OH–-2e–===Zn(OH)4

2?2??D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况） 【答案】C

【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理

【名师点睛】本题考查原电池的工作原理和电解池工作原理，这是两个装置的重点，也是新电池的考查点，需要熟记，同时考查对知识的灵活运用；电极反应式的书写是电化学中必考的一项内容，一般先写出还原剂（氧化剂）和氧化产物（还原产物），然后标出电子转移的数目，最后根据原子守恒和电荷守恒完成缺项部分和配平反应方程式，作为原电池，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e=4OH，负极电极反应式为：Zn＋4OH－2e=Zn(OH)42；充电是电解池，阳离子在阴极上放电，阴离子在阳极上放电，即阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，对可充电池来说，充电时原电池的正极接电源正极，原电池的负极接电源的负极，不能接反，否则发生危险或电极互换，电极反应式是原电池电极反应式的逆过程；涉及到气体体积，首先看一下有没有标准状况，如果有，进行计算，如果没有必然是错误选项。掌握原电池和电解池反应原理是本题解答的关键。本题难度适中。

－－－－－【趁热打铁】

1．一种新型燃料电池，它是用惰性金属作电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入甲烷和氧气，发生的电极反应为：X极：CH4 + 10OH??8e?= CO32?+ 7 H2O Y极：2O2 + 4 H2O + 8e?= 8 OH?；关于此燃料电池的说法不正确的是（ ） A．X极发生氧化反应，Y极发生还原反应 B．工作一段时间后，KOH的物质的量减少 C．该电池工作时通甲烷一极附近溶液的pH 升高

D．在标准状况下通入5.6 L O2完全反应，则有1 mol电子发生转移 【答案】C 【解析】

试题分析：根据电极反应式，X极失电子发生氧化反应，Y极得电子发生还原反应，故A正确；根据总反应，CH4 +2O2 +2KOH=K2CO3+3H2O，工作一段时间后，KOH的物质的量减少，故B正确；该电池工作时通甲烷一极附近溶液的pH 降低，故C错误；在标准状况下通入5.6 L O2完全反应，转移电子

5.6?4=1 mol，故D正确。 22.4考点：本题考查燃料电池。

2．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是

A．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e=2CO32 B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－2e=2H2O C．电池工作时，CO32向电极B移动

点燃－

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通电电解催化剂= ======= ======= H ======== 3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol D．反应CH4 ＋O2

△【答案】A

考点：考查了化学电源新型电池

3．以N2和H2为反应物、溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如右图所示。下列说法不正确的是 ．．．

A．b电极为负极，发生氧化反应

B．a电极发生的反应为N2+8H+6e＝2NH4 C．A溶液中所含溶质为NH4Cl

D．当反应消耗1molN2时，则消耗的H2为67.2L 【答案】D 【解析】

试题分析：A．原电池中失电子的一极为负极，则通入氢气的b极为负极，故A正确；B．放电过程中，负极电极反应为：H2-2e=2H，正极电极反应N2+8H+6e═2NH4，故B正确；C．根据负极电极反应为：H2-2e=2H，正极电极反应N2+8H+6e═2NH4，总反应式为

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