2025版新教材高中化学第4章化学反应与电能第1节原电池第2课时化学电源三燃料电池学生用书新人教版选择性必修1

三、燃料电池1．燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能干脆转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。2．氢氧燃料电池(1)基本构造(2)工作原理酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应2H2－4e－=4H＋2H2－4e－＋4OH－=4H2O正极反应O2＋4e－＋4H＋=2H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－总反应2H2＋O2=2H2O3.燃料电池的优点(1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供应并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连绵起伏地供应电能。(2)能量转换率高，有利于节约能源。(3)排放的废弃物少，绿色环保。4．燃料电池电极反应式的书写方法(1)负极为燃料，失电子，发生氧化反应。如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式书写方法：第一步确定生成物CH4eq\o(→,\s\up7(O2))eq\b\lc\[\rc\(\a\vs4\al\co1(H2O,CO2\o(→,\s\up7(KOH))CO\o\al(2－,3)＋H2O))；其次步确定电子转移和变价元素原子守恒eq\o(C,\s\up6(－4),\s\do4())H4－8e－→eq\o(C,\s\up6(＋4),\s\do4())Oeq\o\al(2－,3)＋H2O；第三步依据电解质性质，用OH－使电荷守恒CH4－8e－＋10OH－→COeq\o\al(2－,3)＋H2O；第四步最终依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。(2)正极为氧气，得电子，发生还原反应。由于电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－=2H2O；碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－=4OH－；固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－=2O2－；熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。正|误|判|断(1)燃料电池全部能量均转化为电能。(×)(2)燃料电池中通入燃料的一极为正极。(×)(3)氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(√)(4)燃料电池电极材料本身不参与化学反应。(√)(5)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移。(×)深|度|思|考从理论上讲，全部的燃烧反应均可设计成燃料电池，如甲烷、乙醇、肼(N2H4)等。请写出以下原电池的电极反应：(1)甲烷燃料电池①电解质溶液：KOH溶液正极：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－；负极：CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O；总反应：CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O。②电解质溶液：稀硫酸正极：2O2＋8H＋＋8e－=4H2O；负极：CH4＋2H2O－8e－=CO2＋8H＋；总反应：CH4＋2O2=CO2＋2H2O。(2)乙醇燃料电池①电解质溶液：KOH溶液正极：3O2＋6H2O＋12e－=12OH－；负极：C2H5OH＋16OH－－12e－=2COeq\o\al(2－,3)＋11H2O；总反应式：C2H5OH＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋5H2O。②电解质溶液：稀硫酸正极：3O2＋12H＋＋12e－=6H2O；负极：C2H5OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋；总反应式：C2H5OH＋3O2=2CO2＋3H2O。[特别提示]燃料电池电极反应式书写的留意事项(1)燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧。(2)书写电极反应式及总反应式时，若产物与电解质溶液能反应，电解质溶液要写在总反应式中。(3)燃料电池正极反应的本质是O2＋4e－=2O2－，产生的O2－存在形式与电解质溶液的酸碱性和电解质的状态有密切的关系。应|用|体|验1.第16届海南国际车展上展出了中国研制的新型燃料电池汽车，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。某种质子交换膜燃料电池如图所示。下列说法正确的是(A)A．该电池的a极发生氧化反应B．正极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－C．质子(H＋)通过质子交换膜移动到a电极D．该燃料电池的能量转化率可达到100%解析：该电池的a极，氢气失电子生成氢离子，发生氧化反应，故A正确；电解质溶液呈酸性，产生的电极产物在电解质溶液中要能稳定存在，正极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，故B错误；在原电池中阳离子向正极移动，即氢离子通过质子交换膜移动到正极b，故C错误；电池中存在化学能转化为热能的能量转化，则化学能不行能100%转化为电能，故D错误。2．用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是(B)A．电极X作负极B．当有0.001molCH3CH2OH反应，理论上有0.002mol电子通过外电路C．正极电极反应式是O2＋4H＋＋4e－=2H2OD．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移解析：由图示可知，电极X上乙醇转化为乙酸，碳元素化合价上升，乙醇失电子，电极X为负极，电极Y为正极，A正确；每1molCH3CH2OH被氧化为CH3COOH，则有4mol电子转移，故当有0.001mol