2010高考化学解题方法归纳：燃料电池
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2010高考化学解题方法归纳(难点23)
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：
可燃性
气体
正极反应负极反应电池总反应pH变化
(1) H2
(2) H2S
(3) CO
(4) CH4
(5) C2H4
(6) C2H2
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。
正极反应负极反应电池总反应pH变化
(1
)
O2＋4e－＋
2H2O====4OH－H2－2e－＋2OH－====2H2O
2H2＋O2====2H2O 变小
(2 ) H2S－6e－＋8OH－====SO-2
3
＋5H2O
2H2S＋3O2＋4OH－
====2SO-2
3
＋4H2O
变小
(3 ) CO－2e－＋4OH－====CO-2
3
＋2H2O
2CO＋O2＋4OH－====2CO-2
3
＋2H2O
变小
(4 ) CH4－8e－＋10OH－
====CO-2
3
＋7H2O
CH4＋2O2＋2OH－====CO-2
3
＋3H2O
变小
(5 ) C2H4－12e－＋16OH－
====2CO-2
3
＋10H2O
C2H4＋3O2＋4OH－
=====2CO-2
3
＋4H2O
变小
(6 ) C2H2－10e－＋14OH－
====2CO-2
3
＋8H2O
2C2H2＋5O2＋8OH－
====4CO-2
3
＋6H2O
变小
●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：
CO 2＋O 2－
====CO -
23
将正、负两极上的电极反应式叠加，可得总反应方程式。
答案：O 2＋2CO 2＋4e －
====2CO -
23
2CO ＋O 2====2CO 2 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H 2O 得电子，逸出
H 2，生成OH －。
答案：(1)6H 2O ＋6e －====6OH －＋3H 2↑(或6H ＋＋6e －
====3H 2↑)
(2)2Al －6e －
＋8OH －====2AlO -
2＋4H 2O (3)2Al ＋2OH －＋2H 2O====2AlO -
2＋3H 2↑ 变小
2.提示：负极上，H 2、H 2S 、CO 、CH 4失电子，分别生成H ＋
、H ＋
和SO 2、CO 2、H ＋
和CO 2，产
物中O 原子由H 2O 提供。
正极上，O 2得电子变为O 2－，O 2－与H ＋
结合生成H 2O 。
如果有水生成，溶液的浓度和pH 都会发生变化。
正极反应
负极反应
电池总反应
pH 变化 (1)
O 2＋4e －＋4H +====2H 2O H 2－2e －
===2H +
2H 2＋O 2====2H 2O
变大 (2) H 2S －6e －＋2H 2O====
SO 2↑＋6H +
2H 2S ＋3O 2====2SO ↑＋2H 2O
变大 (3) CO －2e －
＋H 2O====
CO 2↑＋2H +
2CO ＋O 2====CO 2↑ 不变 (4)
CH 4－8e －
＋2H 2O====
CO 2↑＋8H +
CH 4＋2O 2====CO 2↑＋2H 2O
变大
3.提示：活泼金属Al 失电子变成Al 3＋
，电子由负极流向正极，正极上NO -
3 (而非H ＋
)得电子变成NO 逸出，同时有H ＋
参加反应，与NO -
3的另外2个－2价的O 原子结合成H 2O 分子。
答案：(1)4H ＋
＋NO -
3＋3e －
====2H 2O ＋NO ↑
(2)Al －3e －
====Al 3＋
(3)Al ＋4H ＋＋2NO -
3====Al 3＋
＋2H 2O ＋NO ↑ 变大
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Cu 2＋
，电子流向正极，正极上溶液中的H 2SO 4分子得到电子变为H 2O 和SO 2。
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，H 2O 分子可拆为H ＋和OH －
，所以浓硫酸参加的电极反应式中，H 2SO 4分子可拆成H ＋
和SO -
24；而依照离子方程式的写法，可知在电池反应中H 2SO 4分子不能拆分为离子。
因为电池反应中，H 2SO 4被消耗，且有H 2O 生成，所以H 2SO 4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。
＋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。
