高中化学解题方法归纳
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-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，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：
命题意图：考查学生书写燃料电池电极反应的能力。
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-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？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。
●锦囊妙计
燃料电池的负极反应，一般较难写出，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。
●歼灭难点训练
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，则：
(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)问。
3.(★★★★)将Al、Fe两电极分别插入盛有稀HNO3的电解质溶液中组成原电池，试回答1题中三个问题。
4.(★★★★★)将Al、Cu两电极分别插入盛有18.4 mol·L－1的H2SO4(aq)中组成原电池，试回答1中三问。
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－半径很小，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
歼灭难点训练
1.提示：碱性溶液中，Al比Mg活泼，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
(3)2Al＋2OH－＋2H2O====2AlO-
＋3H2↑变小
2
2.提示：负极上，H2、H2S、CO、CH4失电子，分别生成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。
如果有水生成，溶液的浓度和pH都会发生变化。
(而非H＋)
3.提示：活泼金属Al失电子变成Al3＋，电子由负极流向正极，正极上NO-
3
的另外2个－2价的O原子结合成H2O分得电子变成NO逸出，同时有H＋参加反应，与NO-
3
子。
＋3e－====2H2O＋NO↑
答案：(1)4H＋＋NO-
3
(2)Al－3e－====Al3＋
====Al3＋＋2H2O＋NO↑变大
(3)Al＋4H＋＋2NO-
3
4.解析：活泼金属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－，所以浓硫酸参加的电极反应
；而依照离子方程式的写法，可知在电池反应中H2SO4分式中，H2SO4分子可拆成H＋和SO-2
4
子不能拆分为离子。
因为电池反应中，H2SO4被消耗，且有H2O生成，所以H2SO4逐渐变稀，c(H＋)逐渐变大，pH逐渐变小，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。
答案：(1)开始：4H＋＋SO-2
＋2e－====2H2O＋SO2↑，后来：2H＋＋2e－====H2↑
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)====
