高考中倍受青睐的燃料电池

电化学是历年来命题考试的重点内容，考查的题型主要集中在选择题或填空题上，涉及的内容无非就是可逆电池或燃料电池，试题的综合程度不高，难度也不大.纵观全国和地方高考试题以及各地的高考模拟试题，燃料电池倍受老师青睐，高考中出现过的燃料电池归纳如下.

一、电解质水溶液型

例1 某甲烷—氧气燃料电池的结构如图1所示，该电池的两个电极均由多孔碳制成，以30%KOH溶液为电解质溶液，气体由多孔碳孔隙逸出并在电极表面放电，其总反应的化学方程式为：

CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

下列说法中正确的是（ ）

（A） 用多孔碳作电极，是为了增大气体与溶液的接触面积，加快气体的放电速率

（B） 若b处通入的气体为氧气，则B极为负极

（C） 当发生反应的O2为5.6 L（标准状况）时，则有1 mol电子发生转移

（D） 正极的电极反应为CH4 +10OH--8e-=CO2-3 + 7H2O，放电一段时间后该极附近溶液 的pH降低

解析：碱性条件下的燃料电池一般有：氢气、甲烷、乙烷、丁烷、乙烯、甲醇、乙醇—氧气燃料电池，这类燃料电池产物：碳酸盐和水 .正极反应应式：O2+4e-+2H2O=4OH-，则负极反应式：CH4+10OH--8e-=CO2-3 + 7H2O.综合上述答案为（A）（B）.

例2 某乙烷—氧气燃料电池的结构如右下图所示，该电池以稀硫酸溶液为电解质溶液.下列说法中正确的是（ ）

（A） 充入乙烷的一极是负极，发生还原反应

（B） 正极的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O

（C） 放电过程中SO2-4向正极移动

（D） 电池总反应式为2C2H6+7O24CO2+6H2O，放电一段

时间后电解质溶液的pH增大

解析：酸性条件下的燃料电池一般有：氢气、甲烷、乙烷、丁烷、乙烯、甲醇、乙醇—氧气燃料电池，这类燃料电池产物：CO2和水 ；正极反应应式：O2+4e-+4H+=2H2O；则负极反应式：2C2H6+8H2O-28e-= 4CO2+28H+，总反应式：2C2H6+7O24CO2+6H2O.综合上述答案为（B）（D）.

二、离子晶体型

例3 某研究性学习小组在技术人员的指导下，用CO分析仪探究汽车尾气中的一氧化碳的含量，CO分析仪以燃料电池为工作原理，其装置如图3所示，该电池中电解质为氧化钇-氧化钠，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动.则下列说法错误的是（ ）

（A） 负极的电极反应式为：CO+O2--2e-=CO2

（B） 工作时电极b作正极，O2-由电极a流向电极b

（C） 工作时电子由电极a通过传感器流向电极b

（D） 传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

解析：根据题意电池总反应式：2CO+O2=2CO2，由于O2-可以在固体介质NASICON中自由移动，所以正极反应式：O2+4e-=2O2-.

则负极反应式：CO+O2--2e-=CO2，综合上述答案为（B）.

例4 固体氧化物燃料电池是由美国西屋（West-inghouse）公司研制开发的.它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2-）在其间通过.该电池的工作原理如图4所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应.下列判断正确的是（ ）

（A） 有O2放电的a极为电池的负极

（B） 有H2放电的b极为电池的正极

（C） a极对应的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-

（D） 该电池的总反应方程式为2H2+O2高温2H2O

解析：根据题意电池总反应式：2H2+O2=2H2O，由于固体电解质在高温下允许氧离子（O2-）在其间

通过，所以正极反应式：O2+4e-=2O2-，则负极反应式：2H2+O2-―4e-=2H2O，综合上述答案为（D）.

三、熔融盐型

例5 一种新型的熔融盐燃料电池因具有高发电效率而倍受重视.现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，一极通入CO气体，另一极通入空气与CO2的混合气体，制得燃料电池. 该电池工作时的负极反应式为 ；熔融盐中CO2-3的物质的量在工作时 （填“增大”、“减少”或“不变”）.

解析：根据题意电池总反应式：2CO+O2=2CO2，正负极反应式都利用CO2-3来配平电荷.正极反应式：CO-2e-+ CO2-3=2CO2，负极反

应式：O2+4e-+2CO2=2 CO2-3.综合上述答案为O2+4e-+2CO2=2 CO2-3

不变.

例6 现以H2与O2、熔融盐Na2CO3组成的燃料电池（如图5所示，其中Y为CO2）装置进行电解.

①写出石墨I电极上发生反应的电极反应式： .熔融盐中CO2-3的物质的量在工作时 （填“增大”、“减少”或“不变”）.

解析：根据题意电池总反应式：2H2+O2=2H2O，正负极反应式都利用CO2-3来配平电荷.正极反应式：

H2+CO2-3-2e- =CO2+ H2O，负极反应式：O2+4e-+2CO2=2 CO2-3.综合上述答案为H2+CO2-3-2e- = CO2+ H2O 不变

例7 图6是批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图.甲醇在催化剂作用下提供质子（H+）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+ 4H2O.下列说法正确的是（ ）

（A） 左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇

（B） 右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气

（C） 负极反应式为：CH3OH + H2O-6e-=CO2 + 6H+

（D） 正极反应式为：O2 + 2H2O+4e-=4OH-

解析：根据题意电池正极反应式：O2 + 4e-+ 4H+=2H2O

则负极反应式：CH3OH + H2O-6e-=CO2+6H+，综合上述答案为（A）（C）.

小结：在处理这类问题时，我们首先要分析燃料电池的总反应式、电解质溶液、正极反应式，然后找出负极反应式.当三种式子都找出后再利用原电池的基础知识（如：两极反应类型、电子移动方向、电流方向、离子移动方向、电解质溶液浓度的变化、溶液的酸碱性pH变化、电子转移数目等等）分析出题目的答案.