有关燃料电池的解题策略及应用

楚汉强

摘 要：燃料电池作为新型化学电源而受到人们广泛关注，使它成为近年来高考的高频考点。经过对相关试题的仔细研究，就该类题型考点及解法进行了分析归纳。

关键词：燃料电池；解题策略；应用

一、高考中燃料电池考点知识归纳

电极正负极性的判断；电极反应式的书写及正误判断；电极周围电解质溶液的pH变化；列关系式运用电子守恒进行有关电化学计算等。

二、解答燃料电池题型必备知识总结

首先，要认识燃料电池就是将燃料（如H2、CO、甲醇等）氧化时，把化学能直接转化为电能的装置。燃料电池的基本构成条件为：燃料和氧气、金属Pt或活性炭分别做负极和正极，电解质作为导电介质，离子交换膜等。

其次，还要正确认识燃料电池的工作原理。燃料电池作为原电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧的总反应一样，一般是氧气做氧化剂通入正极，发生还原反应；可燃性物质为还原剂通入负极，发生氧化反应。电解质内部阴离子移向负极，阳离子移向正极，即遵循“负负正正”原则。电路中转移的电子数和燃料燃烧方程式中实际参加反应的氧气得电子数相等。

三、燃料电池题型的解题策略

根据原电池总反应来书写电极反应式。书写时应遵循原子守恒、电子守恒及电荷守恒，还须特别注意电解质溶液是否参与电极反应。对于较复杂的电极反应式书写，可先写出较简单的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，用总反应式减去较易写出的电极反应式即可。各电极反应式正确写出后，根据氧化还原反应原理，即可判断电极的极性以及某电极是发生氧化还是还原反应。

四、燃料电池考点在高考中的应用

例1.一家公司研制了一种有甲醇和氧气以及强碱作电解质的手机电池，电量可达到镍氢电池的10倍，有关此电池的叙述错误的是（ ）

A.溶液中的阳离子移向正极

B.负极反应式：CH3OH+8OH--6e-=C+6H2O

C.电池在使用过程中，电解质溶液的c（OH-）不变

D.当外电路通过6 mol电子时，理论上消耗1.5 mol O2

解析：A项，溶液中的阳离子移向发生还原反应的一极即正极；B项，负极CH3OH发生氧化反应；C项，电池在使用过程中，电解质溶液的c（OH-）减少；D项，1 mol O2消耗可转移4 mol电子，外电路通过6 mol e-时，消耗1.5 mol O2。

点评：本题考查原电池的相关基础知识，考查分析问题的能力。

例2.（2012·四川理综，11）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH-4e-+H2O=CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是（ ）

A.检测时，电解质溶液中的H+向负极移动

B.若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气

C.电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2→CH3COOH+H2O

D.正极上发生的反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-

解析：结合题意，该电池总反应即是乙醇的氧化反应，不消耗H+，故负极产生的H+应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应为O2+4e-+4H+=2H2O，D项错误；转移0.4 mol电子时，消耗O2 0.1 mol，即标准状况下为2.24 L，B项错误；正极反应与负极反应相加可得电池反应为CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，C正确。

点评：本题主要考查考生利用原电池工作原理及书写燃料电池电极反应式的能力。

变式练习：美国加州Miramar海军航空站安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600 ℃～700 ℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。该电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，负极反应为：H2+C-2e-=H2O+CO2。则下列推断中正确的是：

A.正极反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑

B.当电池生成1 mol H2 O时，转移4 mol电子

C.放电时C向负极移动

D.放电时C向正极移动

综上所述，燃料电池相关题目的解答关键在于抓住“燃料燃烧反应就是燃料电池的总反应”，然后利用电解质溶液的酸碱性及介质的特殊性，运用氧化还原反应的基本原理进行分析，就可以轻松解答此类问题。

（作者单位 陕西省汉中市汉台中学）