高中化学30个难点专题突破难点23燃料电池
二轮专题复习之电化学原理及应用——燃料电池分析
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轮 专 题 复 习之 电化 学 原 理 及 应 用 燃 料 电池 分 析
二
了归纳 ， 希望对今后 学生的备 考有所帮助。 【 关键词ｌ二轮 专题复 习 电化 学原理及应用 燃料 电池
高三化学二轮复习 ， 高三化学总复 习中一个关键性 的环 节。电化学 是
原 理 及 应 用 。 历 年 高 考化 学 的重 点 考 查 的 一个 知 识 点 。高 考 化 学 中 对 电 是
规 律 总 结 １ ： １ 原 电 池 电 极 名称 的 判断 方 法 ．
相反。
三 、 合 应 用 综
例 ３ 图 ２是一种航天器能量储 存系统原理 示意 图。下列 说法正确 的 ．
） （ ） 据电极材料的性质确定金属 一金属 电极 ， １根 活泼金 属是 负极 。 不活 是 （ Ａ 二氧化硅是太阳能电池的光 电转换材料 ． 泼 金 属 是 正 极 ； 属 一非 金 属 电极 ， 属 是 负 极 ， 金 属 是 正 极 ； 属 一化 金 金 非 金 Ｂ 装 置 Ｙ 中正 极 的 电极 反 应 式 为 ：Ｈ ０＋０ ＋ ｅ ４ Ｈ— ． ２ ２ ４ 一＝ ０ 合 物 电极 ， 属 是 负 极 ， 合 物 是 正 极 。 金 化
高中化学“新型化学电源”重难点知识透析
高中化学“新型化学电源”重难点知识透析
刘新荣
【期刊名称】《中学生数理化：高考理化》
【年(卷),期】2017(0)11X
【摘要】随着全球能源逐渐枯竭,研发、推广新型能源迫在眉睫,因此,化学中的新型能源成为科学家研究的重点方向之一,也成为了高考的高频考点。
高考中的新型化学电源有'氢镍电池''高铁电池''锌锰碱性电池''海洋电池''燃料电池''锂离子电池''银锌电池''纽扣电池'等,一般具有高能环保、经久耐用。
【总页数】2页(P83-84)
【关键词】原电池;电极反应式;电解池;空气电池;化学电源;高中化学
【作者】刘新荣
【作者单位】河北省廊坊市管道局中学
【正文语种】中文
【中图分类】G634.8
【相关文献】
1.建构主义视角下高中化学重难点知识的教学策略 [J], 朱宗保
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3.高中化学重难点分类突破——化学反应及能量变化疑难点突破方法 [J], 张玲
4.建构主义视角下高中化学重难点知识的教学策略 [J], 朱宗保;
5.“新型化学电源”的重难点突破与问题分析 [J], 金洪海
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高考化学中的新型电池与六个难点的突破(一)学法指导
高考化学中的新型电池与六个难点的突破（一）高考中的新型电池，大致有“氢镍电池”、“高铁电池”、“锌-锰碱性电池”、我国首创的“海洋电池”、燃料电池(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷氧燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、一氧化碳燃料电池)、“锂离子电池”、银锌电池、纽扣电池等。
这些电池一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。
取材于这个知识点的试题，由于题材广，信息新，陌生度大，与课本知识相差甚远，设问中又突出迁移运用，所以，大多数考生对这类试题感到难，而难在何处又十分迷茫。
本文就为解决这个问题举例说明。
难点I ：新型电池“放电”时正极、负极的判断根据高中化学教科书上的知识，在原电池中，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属材料作正极。
而在新型电池试题中，有时提供两个惰性电池(如“燃料电池”中的Pt 电极、石墨电极等)，有时提供一种较活泼的金属电极和另一种化合物电极，有时甚至不明确指出电极材料，针对这三种情况，如何准确快速判断电源的正负极，就成为学生破解电池类试题的关键。
突破方法1：综合课本知识，适当拓展，类比迁移先立足于课本知识的理解与综合运用。
以“Cu-Zn 原电池(稀硫酸溶液)”为例说明。
负极：较活泼的金属材料（Zn ），Zn 失去电子，Zn 元素化合价升高，发生氧化反应，电极反应为：+-=-2Zn e 2Zn 。
正极：较不活泼的金属材料（Cu ），Cu 的表面上+H （电解质中提供）得到电子，H 元素化合价降低，发生还原反应，电极反应是↑=+-+2H e 2H 2。
再进行拓展迁移。
在新型电池中，元素化合价升高的物质，是负极材料或在负极上发生氧化反应的物质。
元素化合价降低的物质或阳离子，是正极材料或是在正极上发生还原反应的物质（或阳离子）。
例1. （04年天津理综）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（ ）A. a 电极是负极B. b 电极的电极反应为：↑+=---22O O H 2e 4OH 4C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 解析：氢氧燃料电池的总化学方程式是：O H 2O H 2222=+，电池放电时，2H 失去电子，H 元素化合价升高，通入2H 的a 电极是负极。
2019届高考化学最有效的解题方法难点【23】燃料电池(含答案)
2018高考化学最有效的解题方法难点23 燃料电池燃料电池两电极都不参加反应，反应的是通到电极上的燃料和氧气，电极反应式的书写有难度。
●难点磁场请试做下列题目，然后自我界定学习本篇是否需要。
熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO＋2CO-23−→−4CO2＋4e－正极反应式：。
总电池反应式：。
●案例探究[例题]某原电池中盛有KOH浓溶液，若分别向________(填“正”或“负”，下同)极通入可燃性气体，向________极通入O2，则电路中就有电流通过，试完成下列问题：(6)知识依托：原电池原理和氧化还原反应原理。
错解分析：忽视电解质溶液是KOH溶液，误以为负极能放出酸性气体。
解题思路：燃料电池中，负极通入的气体具有可燃性，在反应中失去电子，被氧化到较高价态：氢元素将被氧化到最高价：＋1价，在碱性溶液中产物不是H＋，而是H2O——H＋与OH－结合的产物。
H2S中硫元素，含碳物质中的碳元素将被氧化到＋4价，而＋4价的硫(或＋4价的碳)又不能单独存在，在其常见形式SO2和SO-23 (或CO2和CO-23)中，因周围环境显碱性生成酸性氧化物是不可能的，产物应为SO-23(或CO-23)，O2－由谁来提供？显然是OH－，提供O2－后裸离的H＋怎么办？与别的OH－结合生成H2O。
若燃料中含有＋1价的氢元素，则它反应前后的价态不变(都是＋1价)，氢元素反应前在含碳燃料中，反应后在生成物水中。
负极电极反应式可根据电荷守恒而配平。
燃料电池中，正极通入的O2得电子被还原，成为O2－。
O2－4e－====2O2－O2－被H2O分子俘获变为OH－：H2O＋O2－====2OH－将正、负两极电极反应式叠加，可得电池总反应。
根据电池总反应可判定电解质溶液pH的变化。
电化学是高中阶段的一个难点之一
电化学是高中阶段的一个难点之一，尤其是电极反应式的书写，是学生很头疼的问题，其实，只要抓住问题的本质，理解问题的本质，所有的问题会很透明的呈现在眼前！学习电化学之前要明白以下几个问题：1：电流的方向，电子的流动方向。
2：单质以及离子的放电顺序（既是得失电子能力的强弱，或者说是氧化性还原性的强弱）。
3：得电子发生还原反应，失电子发生氧化反应。
4：离子共存问题。
也许会感到奇怪，怎么还会用到离子共存问题，主要是在写原电池的电极反应式的时候，要用到H+ 和OH-，这个时候要注意酸性溶液中不能出现OH-，碱性溶液中不能出现H+。
当然在具体书写电极式的时候要多方面的考虑，分别介绍如下：一、原电池电极反应式的书写原电池反应是能自发进行的氧化还原反应，两个电极反应，分别是氧化和还原半反应，关于电极反应式的书写是高中化学的难点，但是只要掌握最基础的定义，结合实例去理解记忆，书写电极反应式也不那么的难了！（一）原则：负极：失电子，发生氧化反应（一般是负极本身失电子）正极：得电子，发生还原反应（一般是溶液中阳离子在正极上得电子，但也可能是O2在正极上得电子（吸氧腐蚀），或正极本身得电子）总反应式（电池反应）=正极反应式+负极反应式对于可逆电池，一定要看清楚“充电、放电”的方向。
放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。
（二）具体分类判断1.第一类原电池：①两个活泼性不同的电极(金属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物)；②电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转移的氧化还原反应，一般是置换反应；③两电极插入电解质溶液中且用导线连接。
方法：先找出两极相对活泼性，相对活泼的金属作负极，负极失去电子发生氧化反应，形成阳离子进入溶液；较不活泼的金属作正极，溶液中原有的阳离子按氧化性强弱顺序在正极上得到电子还原反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。
如：Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg。
但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al（Mg与NaOH溶液不反应，Al是两性金属，可以与NaOH溶液反应）。
(9) 化学能与电能—2025高考化学一轮复习易混易错专项复习(含解析)
（9）化学能与电能—2025高考化学一轮复习易混易错专项复习一、燃料电池（以氢氧燃料电池为例）介质负极反应式正极反应式（1）燃料电池的负极是可燃性气体，失去电子发生氧化反应；正极多为氧气或空气，得到电子发生还原反应，可根据电荷守恒来配平。
（2）燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。
（3）燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能生成OH−，碱性溶液中不能生成H+；水溶液中不能生成O2−，而熔融电解质中O2被还原为O2−。
（4）正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下，相加后的电池反应必然是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应。
二、电解池阴、阳两极的放电顺序(1)阳极放电顺序活性电极(Zn、Fe、Cu等)：电极材料失电子；惰性阳极(Pt、Au、石墨等)：S2>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。
(2)阴极放电顺序Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸中)>Fe2＋>Zn2＋。
【深化提高】以惰性电极电解电解质溶液的规律三、电解原理的应用1、电解饱和食盐水（氯碱工业）阳极反应式：2Cl －－2e －===Cl 2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H ＋＋2e －===H 2↑(还原反应)总反应方程式：2NaCl ＋2H 2O 2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑ 2、电解精炼铜(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu 2＋的盐溶液。
=====电解(3)电极反应：阳极：Zn －2e －===Zn 2＋、Fe －2e －===Fe 2＋、Ni －2e －===Ni 2＋、Cu －2e －===Cu 2＋； 阴极：Cu 2＋＋2e －===Cu 。
(4)阳极泥的形成：在电解过程中，活动性位于铜之后的银、金等杂质，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。
3、电镀图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题： (1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
高考化学冲刺秘籍难点23燃料电池
难点23 燃料电池燃料电池两电极都不参加反映，反映的是通到电极上的燃料和氧气，电极反映式的书写有难度。
●难点磁场请试做下列题目，然后自我界定学习本篇是不是需要。
熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因此受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反映式：负极反映式：2CO＋2CO-23−→−4CO2＋4e－正极反映式：。
总电池反映式：。
●案例探讨[例题]某原电池中盛有KOH浓溶液，若别离向________(填“正”或“负”，下同)极通入可燃性气体，向________极通入O2，则电路中就有电流通过，试完成下列问题：可燃性气体正极反应负极反应电池总反应pH变化(1)H2( 2)H2 S( 3)C O( 4)C H4( 5)C2 H4( 6)C2 H2命题用意：考查学生书写燃料电池电极反映的能力。
知识依托：原电池原理和氧化还原反映原理。
错解分析：轻忽电解质溶液是KOH溶液，误以为负极能放出酸性气体。
解题思路：燃料电池中，负极通入的气体具有可燃性，在反映中失去电子，被氧化到较高价态：氢元素将被氧化到最高价：＋1价，在碱性溶液中产物不是H＋，而是H2O——H＋与OH－结合的产物。
H2S中硫元素，含碳物质中的碳元素将被氧化到＋4价，而＋4价的硫(或＋4价的碳)又不能单独存在，在其常见形式SO2和SO-23(或CO2和CO-23)中，因周围环境显碱性生成酸性氧化物是不可能的，产物应为SO-23(或CO-23)，O2－由谁来提供？显然是OH－，提供O2－后裸离的H＋怎么办？与别的OH－结合生成H2O。
若燃料中含有＋1价的氢元素，则它反映前后的价态不变(都是＋1价)，氢元素反映前在含碳燃料中，反映后在生成物水中。
负极电极反映式可按照电荷守恒而配平。
燃料电池中，正极通入的O2得电子被还原，成为O2－。
O2－4e－====2O2－O2－被H2O分子俘获变成OH－：H2O＋O2－====2OH－将正、负两极电极反映式叠加，可得电池总反映。
高中化学：燃料电池
思考1：以硫酸为电解质溶液的甲烷-空气电池的 电极反应式及电池反应式
正极：2O2+4H2O+8e－= 8OH负极：CH4-8e－+2H2O= CO2+8H+ 电池反应式：CH4+2O2 = CO2 +2H2O
思考2：以NaOH为电解质溶液的甲烷-空气电池 的电极反应式及电池反应式
燃料电池
利用燃料和氧化剂之间的氧化还原反应,将化学能直 接转化为电能的化学电源.（P16)
燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮 藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入， 同时将电极反应产物不断排出电池
优点：效率高、无污染，装置可持续使用
【提问】除了氢气之外，你觉得哪些 材 料也可以做燃料电池？
燃料电池
特点：
氢氧燃料电池
两个电极均为惰性电极 （石墨/铂）
总反应方程式 ： 2H2＋O2＝2H2O
*不写条件
研究: 课本P16. 碱性燃料电池的反应原理
电极反应书写注意点: 1. 碱性 2.原子守衡 负极反应: H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O 正极反应: O2 + 4e- + 2H2O === 4OH总反应: 2H2 + O2 === 2H2O
②碱性或中性介质 O2+2H2O+4e－=4OH-
（3）电池总反应减去正极电极反应式得负极电极反应 式。(注意电子守恒为前提）
书写电极反应式应注意以下几点：
1．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到 总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反 应；
2．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得 还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在 酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以 CO32－形式存在）； 3．溶液中不存在O2－：在酸性溶液中它与H＋结 合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成 OH－；
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高中化学30个难点专题突破难点23燃料电池
燃料电池两电极都不参加反应，反应的是通到电极上的燃料和氧气，电极反应式的书写有难度。
●难点磁场
请试做以下题目，然后自我界定学习本篇是否需要。
熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
负极反应式：2CO＋2CO-2
3
−→
−4CO2＋4e－
正极反应式：。
总电池反应式：。
●案例探究
[例题]某原电池中盛有KOH浓溶液，假设分不向________(填〝正〞或〝负〞，下同)极通入可燃性气体，向________极通入O2，那么电路中就有电流通过，试完成以下咨询题：
命题意图：考查学生书写燃料电池电极反应的能力。
知识依靠：原电池原理和氧化还原反应原理。
错解分析：忽视电解质溶液是KOH溶液，误以为负极能放出酸性气体。
解题思路：燃料电池中，负极通入的气体具有可燃性，在反应中失去电子，被氧化到较高价态：氢元素将被氧化到最高价：＋1价，在碱性溶液中产物不是H＋，而是H2O——H＋与OH－结合的产物。
H2S中硫元素，含碳物质中的碳元素将被氧化到＋4价，而＋4价的硫(或＋4价的碳)
又不能单独存在，在其常见形式SO2和SO-2
3(或CO2和CO-2
3
)中，因周围环境显碱性生成
酸性氧化物是不可能的，产物应为SO-2
3(或CO-2
3
)，O2－由谁来提供？明显是OH－，提供
O2－后裸离的H＋如何办？与不的OH－结合生成H2O。
假设燃料中含有＋1价的氢元素，那么它反应前后的价态不变(差不多上＋1价)，氢元素反应前在含碳燃料中，反应后在生成物水中。
负极电极反应式可依照电荷守恒而配平。
燃料电池中，正极通入的O2得电子被还原，成为O2－。
O2－4e－====2O2－
O2－被H2O分子俘获变为OH－：
H2O＋O2－====2OH－
将正、负两极电极反应式叠加，可得电池总反应。
依照电池总反应可判定电解质溶液pH的变化。
答案：
●锦囊妙计
燃料电池的负极反应，一样较难写出，而正极反应和电池总反应却较易写出。
用电池总反应减去正极反应可得负极反应，这是写负极反应式的一种巧妙方法。
●消灭难点训练
1.(★★★)将例题中的惰性电极改为Al电极和Mg电极，并停止通气体，那么：
(1)正极反应为：；
(2)负极反应为：；
(3)电极总反应式为：________；电解质溶液的pH变化为：________(填〝增大〞〝不变〞或〝变小〞)。
2.(★★★★)将例题中的〝KOH(aq)〞改为：稀H2SO4，其他同例题，试回答前(4)咨询。
3.(★★★★)将Al、Fe两电极分不插入盛有稀HNO3的电解质溶液中组成原电池，试回答1题中三个咨询题。
4.(★★★★★)将Al、Cu两电极分不插入盛有18.4 mol·L－1的H2SO4(aq)中组成原电池，试回答1中三咨询。
附：参考答案
难点磁场
提示：原电池中，正极上富余电子，通入正极上的O2得到电子：
O2＋4e－====2O2－
O2－半径专门小，在熔盐中不能单独存在，被CO2分子俘获：
CO2＋O2－====CO-2
3
将正、负两极上的电极反应式叠加，可得总反应方程式。
答案：O2＋2CO2＋4e－====2CO-2
3
2CO＋O2====2CO2
消灭难点训练
1.提示：碱性溶液中，Al比Mg爽朗，负极上Al失去电子。
正极上H2O得电子，逸出H2，生成OH－。
答案：(1)6H2O＋6e－====6OH－＋3H2↑(或6H＋＋6e－====3H2↑)
＋4H2O
(2)2Al－6e－＋8OH－====2AlO-
2
＋3H2↑变小
(3)2Al＋2OH－＋2H2O====2AlO-
2
2.提示：负极上，H2、H2S、CO、CH4失电子，分不生成H＋、H＋和SO2、CO2、H＋和CO2，产物中O原子由H2O提供。
正极上，O2得电子变为O2－，O2－与H＋结合生成H2O。
假如有水生成，溶液的浓度和pH都会发生变化。
3.提示：爽朗金属Al失电子变成Al3＋，电子由负极流向正极，正极上NO-
(而非H＋)
3
的另外2个－2价的O原子结合成H2O 得电子变成NO逸出，同时有H＋参加反应，与NO-
3
分子。
＋3e－====2H2O＋NO↑
答案：(1)4H＋＋NO-
3
(2)Al－3e－====Al3＋
(3)Al＋4H＋＋2NO-
====Al3＋＋2H2O＋NO↑变大
3
4.解析：爽朗金属Al在浓硫酸中钝化，Cu作负极失去电子成为Cu2＋，电子流向正极，正极上溶液中的H2SO4分子得到电子变为H2O和SO2。
由于纯硫酸的电离度大于纯水的电
离度。
而在水参加的电极反应式中，H2O分子可拆为H＋和OH－，因此浓硫酸参加的电极反
；而依照离子方程式的写法，可知在电池反应中H2SO4应式中，H2SO4分子可拆成H＋和SO-2
4
分子不能拆分为离子。
因为电池反应中，H2SO4被消耗，且有H2O生成，因此H2SO4逐步变稀，c(H＋)逐步变大，pH逐步变小，直至浓H2SO4变成稀H2SO4，Cu与稀H2SO4不再发生反应。
但这时Al 与稀H2SO4发生反应，负极上Al失电子变为Al3＋，正极上H＋得电子变为H2。
稀H2SO4被消耗，c(H＋)变小，pH变大。
＋2e－====2H2O＋SO2↑，后来：2H＋＋2e－====H2↑答案：(1)开始：4H＋＋SO-2
4
(2)开始：Cu－2e－====Cu2＋，后来：Al－3e－====Al3＋
(3)开始：Cu＋2H2SO4(浓)====CuSO4＋2H2O＋SO2↑，后来：2Al＋3H2SO4(稀)==== Al2(SO4)3＋3H2↑先变小后变大。