氢氧燃料电池
一、氢氧燃料电池
氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：2H2 + O2 === 2H2O
电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况：
1．电解质是KOH溶液（碱性电解质）
负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以：
负极的电极反应式为：H2 –2e- + 2OH- === 2H2O；
正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此，
正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。
2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质）
负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+
正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O，因此
正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H + === 2H2O)
3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质）
负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+
正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH-
说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+
2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH-
3.中性溶液反应物中无H+ 和OH-
4.水溶液中不能出现O2-
二、甲醇燃料电池
甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：
1．碱性电解质（KOH溶液为例）
总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O
正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH-
负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O
2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例）
总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O
正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O
负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2
说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同
三、甲烷燃料电池
甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K 2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。
负极发生的反应：CH4 –8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- == CO32- + H2O，
所以：负极的电极反应式为：CH4 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O
正极发生的反应有：O2 + 4e- === 2O2- 和O2- + H2O === 2OH-
所以：正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-
说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式
四、铝–空气–海水电池
我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。
电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。
负极的电极反应式为：4Al－12e－===4Al3+；
正极的电极反应式为：3O2+6H2O+12e－===12OH－
总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3
说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积.
燃料电池电极反应式的书写方法
在中学阶段，掌握燃料电池的工作原理和电极反应式的书写是十分重要的。所有的燃料电池的工作原理都是一样的，其电极反应式的书写也同样是有规律可循的。书写燃料电池电极反应式一般分为三步：第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，再写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。下面对书写燃料电池电极反应式“三步法”具体作一下解释。
1、燃料电池总反应方程式的书写
因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化，即
2H
2+O
2
=2H
2
O。若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状
态和电解质溶液的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO
2和H
2
O，
即CH
4+2O
2
=CO
2
+2H
2
O；在碱性电解质中生成CO
3
2-离子和H
2
O，即
CH
4+2OH-+2O
2
=CO
3
2-+3H
2
O。
2、燃料电池正极反应式的书写
因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂氧气得到电子的还原反
应，所以可先写出正极反应式，正极反应的本质都是O
2
得电子生成O2-离子，故
正极反应式的基础都是O
2
＋4e-=2O2-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情况归纳如下。
⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）
在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H
2
O，
O2-离子优先结合H+离子生成H
2
O。
这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为O
2＋4H++4e-=2H
2
O。
⑵电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）
在中性或碱性环境中，O2-离子也不能单独存在，O2-离子只能结合H
2
O生成OH-离子，
故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为O
2＋2H
2
O +4e-=4OH-。
⑶电解质为熔融的碳酸盐（如LiCO
3和Na
2
CO
3
熔融盐混和物）
在熔融的碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在， O2-离子可结合CO
2生成CO
3
2-
离子，
则其正极反应式为O
2＋2CO
2
+4e-=2CO
3
2-。
⑷电解质为固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇）
该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正极反应式应为O
2
＋
4e-=2O2-。
综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O
2
＋4e-=2O2-，在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。
3、燃料电池负极反应式的书写
燃料电池负极反应物种类比较繁多，可为氢气、水煤气、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物质。不同的可燃物有不同的书写方式，要想先写出负极反应式相当困难。一般燃料电池的负极反应式都是采用间接方法书写，即按上述要求先正确写出燃料电池的总反应式和正极反应式，然后在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。
三、燃料电池电极反应式的书写应用举例
1、电解质为酸性电解质溶液
例1、科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料用于军事目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。
试回答下列问题：
⑴这种电池放电时发生的化学反应方程式
是。
⑵此电池的正极发生的电极反应
是；负极发生的电极反应是。
⑶电解液中的H+离子向极移动；向外电路释放电子的电极是。
⑷比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次
是。
解析：因燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，又且其电解质
溶液为稀硫酸，所以该电池反应方程式是2CH
3OH+3O
2
=2CO
2
+4H
2
O。按上述燃料电
池正极反应式的书写方法1知，在稀硫酸中，其正极反应式为：3O
2
＋
12H++12e-=6H
2
O，然后在电子守恒的基础上利用总反应式减去正极反应式即得负
极反应式为：2CH
3OH+2H
2
O－12e-=2CO
2
↑+12H+。由原电池原理知负极失电子后经
导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据电性关系知阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。故H+离子向正极移动，向外电路释放电子的电极是负极。
答案：⑴2CH
3OH+3O
2
=2CO
2
+4H
2
O
⑵正极3O
2＋12H++12e-=6H
2
O；负极2CH
3
OH+2H
2
O－12e-=2CO
2
↑+12H+
⑶正；负⑷对空气的污染较小
2、电解质为碱性电解质溶液
例2、甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的
是
（）
A、负极反应式为CH
4+10OH-－8e-=CO
3
2-+7H
2
O
B、正极反应式为O
2＋2H
2
O +4e-=4OH-
C、随着不断放电，电解质溶液碱性不变
D、甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大
解析：因甲烷燃料电池的电解质为KOH溶液，生成的CO
2还要与KOH反应生成K
2
CO
3
，
故该电池发生的反应方程式是CH
4+2OH-+2O
2
=CO
3
2-+3H
2
O。从总反应式可以看出，要
消耗OH-，故电解质溶液的碱性减小，C错。按上述燃料电池正极反应式的书写
方法2知，在KOH溶液中，其正极反应式为：O
2＋2H
2
O +4e-=4OH-。通入甲烷的一
极为负极，其电极反应式可利用总反应式减去正极反应式为CH
4
+10OH-－
8e-=CO
32-+7H
2
O。选项A、B均正确。根据能量转化规律，燃烧时产生的热能是不
可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大的多，D项正确。故符合题意的是C。
甲烷电池
负极：CH4+10OH-—8e-＝＝＝CO32- +7H2O
正极：O2+4e-+2H2O＝＝＝4OH-
乙烷电池
负极2 CH3CH3 - 28e- + 36OH- ==== 4 CO32- + 24H20
正极7 O2 + 28 e- + 14 H20 ==== 28 OH-
丙烷电池
负极:C3H8 - 20e- + 20OH- = 3CO32- + 14H20
正极: 5o2 +20e-+10H2O = 20 OH-
肼电池：
负极：N2H4+4OH- - -4e==N2+4H2O
正极：O2+H2O+4e==4OH-
甲醇电池
正极：3O2 + 12e– + 6H20 = 12OH–
负极：2CH3OH - 12e– + 16OH~= 2CO32- + 12H2O
高中常见化学方程式
一、碱金属
1、4Na + O2======2 Na2O
2、2Na + O2=======Na2O2(点燃) ☆
3、2Na +2 H2O===2NaOH + H2↑☆
4、Na2O + H2O===2NaOH △
5、2Na2O2 +2 H2O===4NaOH + O2↑☆
6、2Na2O2+ 2CO2===2Na2CO3+ O2 ☆
8、4Li + O2 =====2Li2O
9、2K + 2H2O===2KOH + H2↑ △
10、Na2CO3+2 HCl===2NaCl + CO2↑+H2O
11、NaHCO3+ HCl===NaCl+ + CO2↑+H2O
12、Na2CO3+ CO2+ H2O==2NaHCO3
13、2NaHCO3===== Na2CO3+ CO2↑ + H2O
14、NaHCO3 + NaOH===Na2CO3 + H2O
15、NaHCO3+ NaHSO4===Na2SO4+ CO2↑+ H2O
16、2NaHCO3+Ca(OH)2==CaCO3↓+Na2CO3 + H2O
17、2NaOH + CuSO4===Na2SO4 +Cu(OH) 2 ↓
18、3NaOH + FeCl3===3NaCl +Fe(OH) 3 ↓
19、2NaOH + MgCl2===2NaCl + Mg(OH) 2↓
二、卤素
1、Cl2+2 Na ===== 2 NaCl （条件：点燃）
2、Cl2+ Mg===== MgCl2 （条件：点燃）
3、Cl2+ Cu =====CuCl 2 （条件：点燃）
4、3Cl2+ 2Fe =====2FeCl3 （条件：点燃）△
5、Cl2 + H2=====2 HCl （条件：点燃）△
6、3Cl2+2 P ==== 2PCl3 （条件：点燃）
7、Cl2+ PCl3=== PCl5 （条件：点燃）
8、Cl2 + H2O==== HCl + HClO ☆
9、Cl2 +2 NaOH===NaCl + NaClO+ H2O ☆
10、2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2 +Ca(ClO) 2+2 H2O ☆
11、Cl2 +2 NaBr===2NaCl + Br2 △
12、Cl2 + 2KI=== 2KCl +I2
13、Br2+ 2KI===2KBr+ I2
14、MnO2 +4 HCl(浓）==== MnCl2+Cl2↑+2 H2O （条件：加热）☆
15、2NaCl + H2SO4(浓)==== Na 2SO4+ 2HCl↑
16、Ca(ClO)2 + CO2 + H2O==CaCO3↓+ 2HClO ☆
17、NaClO + HCl===NaCl + HClO ☆
18、2HClO ====2 HCl +O2↑
19、H2+ F2=== 2H F
20、H2 + Br2====2HBr
21、H2 + I2=== 2HI
22、2F2 +2 H2O===4HF + O2 ☆
23、NaCl + AgNO3===NaNO3+ AgCl ↓（白色沉淀）
24、NaBr + AgNO3===NaNO3 + AgBr↓ （浅黄色沉淀）
25、KI + AgNO3===K NO3+ AgI↓ （黄色沉淀）
26、2AgBr ===2Ag + Br2 （光照）
三、硫及其化合物
1、S + 2Cu ======Cu2S （条件：加热）
3、S + H2======= H2S （条件：点燃）
4、S + O2===== SO2 （条件：点燃）
5、2H2S + O2（不足）====== 2 S +2H2O （条件：点燃）
6、2H2S + 3O2（充足）======= 2SO2 + 2H2O （条件：点燃）
7、FeS +2 HCl=== FeCl2+ H2S↑ △
8、FeS + H2SO4===FeSO4 + H2S↑
9、Na2SO3+ H2SO4===Na2SO4+ H2O+SO2↑
10、SO2+ H2O===H2SO3
11、2SO2 + O2=====2SO3 （条件：催化剂、加热）
12、SO3 + H2O===H2SO4
13、SO2 + Cl2 + H2O=== H2SO4 +2HCl ☆
14、SO2+ Br2 +H2O======H2SO4+2HBr ☆
15、SO2 +2 NaOH======Na2SO3+H2O
16、C + 2H2SO4(浓) =====CO2↑+2SO2↑+ 2H2O （条件：加热）☆
17、S +2 H2SO4(浓) =====3SO2↑+2 H2O （条件：加热）☆
18、Cu + 2H2SO4 (浓)==== CuSO4 +SO2↑+2 H2O （条件：加热）☆
19、H2S + H2SO4 (浓)===S↓+SO2↑+ 2H2O △
21、2Na2SO3 + O2===2Na2SO4
22、Na2SO4 + BaCl2==NaCl + BaSO4↓
23、Na2SO3 + BaCl2==2NaCl +Ba SO3↓
24、BaSO3 + 2HCl===BaCl?2+SO2↑+H2O
25、2H2O2 =====2H2O+ O2↑ （见光、或加热）△
26、2O3 ====3O2 （条件：放电）
四、碳、硅及其化合物
1、C + O2 ====CO2 （条件：加热）
2、2C + O2 ====2CO （条件：加热）
3、C + CO2 ====2CO （条件：加热）☆
4、C + H2O ====CO + H2 （条件：高温）☆
5、C + 2CuO =====2Cu + CO2↑ （条件：加热）☆
6、CO2 + H2O===H2CO3
7、CO2 + Ca(OH) 2===CaCO3↓+H2O
8、CaCO3 + CO2 + H2O===Ca(HCO3) 2
9、Ca(HCO3) 2 ======CaCO3+ CO2↑+H2O （条件：加热）
10、Ca(HCO3) 2 + Ca(OH) 2===2CaCO3↓+2 H2O
11、CaCO3 =====CaO+ CO2↑ （条件：高温）
12、CaCO3 +2 HCl===CaCl2+ CO2↑+H2O
13、Si + O2 =====SiO2 （条件：高温）
14、Si +2NaOH +H2O===Na2SiO3 + 2H2↑ ☆
15、Si + 4HF===SiF4↑+ 2H2↑
16、SiO2 +2 C ======Si +2CO↑ （条件：高温）☆
17、SiO2 + CaO ====CaSiO3 （条件：高温）
18、SiO2 + 2NaOH===Na2SiO3 + H2O （条件：高温）
19、Na2CO3 + SiO2=====Na2SiO3+CO2↑ （条件：高温）
20、CaCO3 + SiO2 =====Na2SiO3+CO2↑ （条件：高温）
21、Na2SiO3 + CO2 + H2O===H2SiO3↓ + Na2CO3 ☆
22、Na2SiO3 +2 HCl===2NaCl+ H2SiO3↓
五、氮和氮的化合物
1、N2 + 3H2 =====2NH3 （高温、高压、催化剂；且反应可逆）☆
2、N2 + O2======2NO （放电）
3、2NO + O2===2NO2
4、3NO2 + H2O===2HNO3 + NO ☆
5、4NO + 3O2 +2 H2O===4HNO3 ☆
6、4NO2 + O2 + 2H2O===4HNO3 ☆
7、NH3 + H2O =====NH3?H2O
8、NH3?H2O ======NH3↑+ H2O （条件：加热）
9、NH3 + HCl===NH4Cl
10、NH3 + HNO3===NH4 NO3
11、4NH3 + 5O2 =====4NO +6 H2O （催化剂加热）
12、NH4Cl + NaOH =======NaCl +NH3↑+ H2O
13、2NH?4Cl（固）+Ca(OH) 2（固）==== CaCl2+2NH?3↑+2 H2O （加热）☆
14、4HNO3 ====4NO2↑+ O2↑+ 2H2O （见光、受热）☆
15、Cu +4 HNO3 (浓）==Cu（NO3）2+2NO2↑+2 H2 （加热）△
16、3Cu +8 HNO3 (稀）==Cu（NO3）2+2NO↑+4 H2O （加热）△
17、C +4 HNO3 (浓）===== CO2↑+ 4NO2↑+ 2H2O （加）
18、4P + 5O2 ====2P2O5 （点燃）
19、P2O5 + 3H2O（热）===2H3PO4
20、P2O5 + H2O（冷）===2HPO3
21、NH4Cl===== NH3 ↑+ HCl↑ （加热）
22、NH4HCO3 =====NH3↑+ CO2↑+ H2O
23、N2O4 ====== 2NO2 （常温下可逆）
六、铝及其化合物
1、4Al + 3O2==== 2Al2O3 （点燃）
2、2Al +6 HCl===2AlCl3 +3 H2↑
3、2Al +6 H2O===== 2 Al(OH) 3↓+3H2↑ ☆
4、2Al + 2NaOH +2 H2O===2NaAlO2 +3 H2↑ ☆
5、2Al + Fe2O3 ======2Fe+ Al2O3 ☆（高温）
6、Al2O3 + 6HCl===2AlCl3 +3 H2O
7、Al2O3 +2 NaOH===2NaAlO2 + H2O △
8、Al(OH) 3 +3HCl===AlCl3 +3 H2O
9、Al(OH) 3 + NaOH===NaAlO2 +H2O △
10、AlCl3 + 3NaOH===3NaCl+Al(OH) 3↓
11、AlCl3 +3 NH3?H2O===3NH4Cl+Al(OH)3↓ ☆
12、NaAlO2 + HCl + H2O===NaCl +Al(OH) 3↓ ☆
13、NaAlO2 + 4HCl( 过量)===AlCl3 + 2H2O
14、NaAlO2 +CO2 (过量) +2H2O=Al(OH) 3↓+NaHCO3
15、AlCl3 + 3NaAlO2 +6H2O===3NaCl+4Al(OH) 3↓
16、2Mg + O2===== 2MgO （点燃）
17、3Mg + N2 ======Mg 3N2 （点燃）☆
18、2Mg + CO2 =====2MgO+C （点燃）☆
七、铁及其化合物
1、3Fe + 2O2 ======Fe3O4
2、3Fe +4 H2O(气)====== Fe3O4+4 H2 （高温）☆
3、2Fe + 3Cl2 ======2FeCl3 （点燃）
4、Fe + S ======FeS （加热）
5、Fe + I2====== FeI2 （加热）
6、Fe + 2HCl===FeCl2 +H2↑
7、Fe + CuSO4===Fe SO4+ Cu
8、2Fe(OH) 3====== Fe2O3+ 3H2O （加热）
9、4Fe(OH) 2 + O2 +2 H2O===4Fe(OH) 3 ☆
10、2FeCl2 + Cl2===2FeCl3
11、2FeCl3 + Fe===3FeCl2
14、2FeCl3+ 2KI===2FeCl2+I2↓+2KCl
15、Fe2O3 + 3CO===== 2Fe+3CO2 （加热）
16、Fe+4HNO3(稀）(过量)==Fe(NO3) 3+NO↑+2H2O
17、3Fe (过量)+8HNO3 (稀)==3Fe(NO3) 2+2NO↑+4H2O
18、FeCl3 + 3KSCN ===Fe（SCN）3
:有机反应:
加成反应(加成反应进行后，重键打开，原来重键两端的原子各连接上一个新的基团)
消去反应(有机化合物在适当的条件下,从一个分子脱去一个小分子(如水、卤化氢等分子)，而生成不饱和（双键或三键）化合物的反应)
取代反应(有机化合物受到某类试剂的进攻，使分子中一个基（或原子）被这个试剂所取代的反应)
加聚反应(单体间相互反应生成一种高分子化合物，叫做加聚反应)
缩聚反应(两个或多个有机分子相互作用后以共价键结合成一个大分子，同时失去水或其他比较简单的无机或有机分子的反应)
氢氧燃料电池基础知识集锦
氢氧燃料电池基础知识集锦 氢氧燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。 一：氢氧燃料电池特点 这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。 二：氢氧燃料电池的分类 目前氢氧燃料电池可分为离子膜、培根型和石棉膜三类。 1.离子膜氢氧燃料电池：用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池，现代采用全氟磺酸膜。电池放电时，在氧电极处生成水，通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻，但离子交换膜内阻较大，放电电流密度小。
2.培根型燃料电池：属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极（内外层孔径不同），加铂作催化剂。电解质为80%～85%的苛性钾溶液，室温下是固体，在电池工作温度（204～260°C）下为液体。这种电池能量利用率较高，但自耗电大，起动和停机需较长的时间（起动需24小时，停机17小时）。 3.石棉膜燃料电池：也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成，氧电极是多孔银极片，两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜，再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器，构成气室，封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水，可以用循环氢的办法排出，亦可用静态排水法。这种电池的起动时间仅15分钟，并可瞬时停机。比磷酸铁锂电池要更环保。 三：氢氧燃料电池的原理 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电
高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式
高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式 几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写 燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池,它与原电池形成条件有一点相悖,就是不一定两极是两根活动性不同的电极,也可以用相同的两根电极。燃料电池有很多，下面主要介绍几种常见的燃料电池,希望达到举一反三的目的。 一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt)或石墨做电极材料，负极通入H２，正极通入O2，总反应为：2Ｈ2 + Ｏ２==＝２H2Ｏ 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况: 1.电解质是KＯH溶液(碱性电解质） 负极发生的反应为：H2+ 2e-＝＝= ２H＋,2H++ ２OH- ＝== 2H2O,所以: 负极的电极反应式为:H２– 2e－+ 2OH-=== 2H２Ｏ; 正极是O2得到电子，即:Ｏ2+4e－＝== 2O２－,O2- 在碱性条件下不能单独存在,只能结合H2O生成OH-即：2O２－＋2H２O ＝== 4ＯH- ,因此， 正极的电极反应式为：O2 ＋H2O +4ｅ- ==＝４OH- 。 2．电解质是H2SＯ4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为:H２＋2e- ＝==2H＋ 正极是Ｏ２得到电子，即:O2 ＋4ｅ－=＝= 2O２－，O2－在酸性条件下不能单独存在，只能结合Ｈ+生成H2O即：O２- ＋2 H+ ＝== H2O,因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ ＋４e-=== ２Ｈ2O(O２+ 4e- ===2O2-，2O２- + 4Ｈ+ === 2H2O) 3. 电解质是NaＣl溶液（中性电解质) 负极的电极反应式为:H２+2e-=== 2H＋ 正极的电极反应式为:O2 + H2O + 4e-=== ４OH－ 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H＋ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3．中性溶液反应物中无H＋和ＯH- 4.水溶液中不能出现Ｏ２－ 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质：
氢氧燃料电池性能测试实验报告
氢氧燃料电池性能测试 实验报告 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
氢氧燃料电池性能测 试实验报告 学号： 姓名：冯铖炼 指导老师：索艳格 一、实验目的 1.了解燃料电池工作原理 2.通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3.研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4.熟悉电子负载、直流电源的操作 二、工作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器 氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013年正发展为直接使用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种： 若电解质溶液是碱、盐溶液则
氢氧燃料电池的制作
氢氧燃料电池的制作 燃料电池是一类新型化学电池。氢气、氧气、甲烷等都可以成为它的原料。它具有能量转化率高、无污染、节约金属资源等优点，具有巨大的应用价值。但是，由于这类电池必须用特殊的催化剂，而该类催化剂现在制造困难，价格昂贵，所以，这类电池还不能普及，仅能应用于人造卫星、太空站等高科技领域。我们运用已学过的原电池、电解池知识，在学校科技活动中，我创新制作了可用于演示的氢氧燃料电池，效果很好．现介绍如下： 一．用具和原料 U型管，石墨碳棒，分液漏斗，酒精喷灯，低压直流电源，30%的氢氧化钠溶液（或30%的稀硫酸），橡皮塞（双孔），导线等。 二．制作原理 用多孔碳棒作燃料电池的正、负极，30%的氢氧化钠溶液作电解质溶液。负极吸附氢气，正极吸附氧气。氢氧燃料电池工作时，负极上的氢放出电子，发生氧化反应，正极上的氧得到电子，发生还原反应：负极2H2+4OH-_4e=4H2O 正极O2+2H2O+4e=4OH- 总反应2H2 + O2= 2H2O 三．制作过程 1.多孔碳棒的加工 将石墨碳棒放在酒精灯喷灯上加热除去其中的胶质，并淬火3---4次，即形成多孔碳棒，也就是多孔碳电极。
2.把多孔碳电极、U型管、分液漏斗、橡皮塞（双孔）按图所示组 装；再通过分液漏斗向U型管中注满氢氧化钠溶液，密闭。 3.氢气、氧气的制备 调节低压直流电源的电压到6伏，并把其正、负极分别与图装置中的两个碳棒电极相连接；接通电源，电解氢氧化钠溶液制取氢气、氧气，且制得的氢气与氧气的体积比为2:1.去掉电源，上图所示装置就成为一只氢氧燃料电池。 四．氢氧燃料电池的工作 氢氧燃料电池的正、负极分别与灵敏电流计的正、负极连接，可以看到电流计指针偏转。如果把两个氢氧燃料电池并联，再与发光二极管串联，二极管发光。经实验测定，一只氢氧燃料电池可提供0.1安以上的电流，1.5伏以上的外电压。
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高考化学燃料电池 1．“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能，下图是用固体氧 化物作“直接煤燃料电池”的电解质。有关说法正确的是 A. 电极 b 为电池的负极 B.电池反应为： C + CO2 = 2CO C.电子由电极 a 沿导线流向 b D.煤燃料电池比煤直接燃烧发电能量利用率低 2．如图所示是一种以液态肼(N 2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型 燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700 -900℃时，O2 -可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 A. 电池内的O2 -由电极乙移向电极甲 B. 电池总反应为N2H4+2O2= 2NO+2H 2O C. 当甲电极上有lmol N 2 H4消耗时，乙电极上有22.4LO 2参与反应 D.电池外电路的电子由电极乙移向电极甲 3．硼化钒（ VB2） -空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如下。该电池工作时 的反应为 4VB 2＋ 11O 2=4B 2O3＋2V 2O5。下列说法正确的是
A. 电极 a 为电池负极 B. 反应过程中溶液的pH 升高 C.电池连续反应过程中，选择性透过膜采用阳离子选择性膜 D.VB2极的电极反应式为： 2VB 2 + 22OH - -22e - =V 2O5+ 2B2 O3+ 11H 2O 4．以 NaBH4和 H2 O2作原料的燃料电池，可用作空军通信卫星。电池负极材料采用Pt/C ，正极材料采用MnO 2，其工作原理如下图所示。下列说法错误．．的是 A.电池放电时 Na+从 a 极区移向 b 极区 B.电极 b 采用 Pt/C ，该极溶液的 pH 增大 C.该电池 a 极的反应为 BH 4- +8OH--8e-===BO 2-+6H 2O D.电池总反应： BH4- + 4H 2 O2 === BO2- + 6H2O 5．科学家设想以N2和 H2为反应物，以溶有 A 的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供 电能又能固氮的新型电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是 A. 电路中转移3mol 电子时，有11.2LN 2参加反应 B. A 为 NH4 Cl
常见化学电源及电极反应式的书写
常见化学电源及电极反应式的书写 一、常见化学电源：（大体可分为三类） 1、燃料电池： （1）氢氧燃料电池：2H2+O2=2H2O 当电解质溶液呈酸性时； 负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4e-+4H+=2H2O 当电解质溶液呈碱性时；电解质溶液为KOH溶液， 负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- （2）甲烷燃料电池：用金属铂作电极， 用KOH溶液作电解质溶液。 负极：CH4+ 10 OH--8e-==CO3 2- +7H2O 正极： 2O2+ 4H2O +8e- == 8OH- 总反应式为：CH4+ 2O2+2KOH==K2CO3+ 3H2O 用酸液作电解质溶液 负极：CH4 + 2H2O - 8e- = CO2 + 8H+ 正极：2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O 总反应:CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O （3）甲醇燃料电池：强碱作为电解质溶液 负极：2CH4O + 16OH--12e-==2CO3 2- +12H2O 正极： 3O2+ 6H2O +12e- == 12OH- 总反应式为：2CH4O + 3O2+4OH-==2CO3 2- + 6H2O （4）熔融盐燃料电池：该电池用Li2CO3和的Na2CO3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， 负极：2CO+2CO3 2- -4e-==4CO2正极：O2 + 2CO2+4e- ==2CO3 2- 总反应式为：2CO +O2==2CO2 （5）固体氧化物燃料电池：固体氧化锆—氧化钇为电解质， 这种固体电解质在高温下允许O 2-在其间通过。 负极：2H2+ 2O2--4e- = 2H2O 正极： O2+4e- = 2O 2- 总反应式为：2H2 + O2= 2H2O 2、蓄电池：
氢氧燃料电池
一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般就是以惰性金属铂（Pt)或石墨做电极材料,负极通入H2,正极通入Ｏ２，总反应为:２Ｈ2 ＋O2 === ２H２O 电极反应特别要注意电解质,有下列三种情况: 1.电解质就是KＯH溶液（碱性电解质) 负极发生得反应为：H2 +2e- ===２H+,2Ｈ+ + 2OＨ—===2Ｈ2O,所以： 负极得电极反应式为:H2–2e—＋２OＨ—=＝= 2Ｈ2O; 正极就是Ｏ２得到电子,即:O2+ ４ｅ—===2O2－,O2—在碱性条件下不能单独 存在，只能结合H２O生成ＯH—即：2O2- + ２Ｈ２Ｏ=＝= 4OH—，因此, 正极得电极反应式为:O2 + H2Ｏ+ ４e- === 4ＯH—。 ２。电解质就是H2SO4溶液(酸性电解质） 负极得电极反应式为:Ｈ２＋2ｅ—＝=＝2H+ 正极就是O2得到电子,即:O2 ＋4e- ＝==2O2—，Ｏ2—在酸性条件下不能单独存在,只能结合H＋生成H2Ｏ即：O2—＋2 H+=＝= H2O,因此 正极得电极反应式为:O2 +4Ｈ+＋4e- === 2Ｈ2O(Ｏ2 ＋4ｅ—=== 2Ｏ2—,２O 2- + 4Ｈ＋=== 2H2Ｏ) 3、电解质就是ＮａＣl溶液(中性电解质） 负极得电极反应式为:Ｈ２+2e－=＝= 2H+ 正极得电极反应式为:Ｏ2 +H2O＋4ｅ－===4OH－ 说明:1、碱性溶液反应物、生成物中均无Ｈ+ 2、酸性溶液反应物、生成物中均无OＨ— 3、中性溶液反应物中无H+ 与ＯH— ４、水溶液中不能出现O２－ 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质: 1. 碱性电解质(KOH溶液为例） 总反应式:2ＣＨ４O ＋3O2 ＋4KOH=== ２K2CO3 ＋６Ｈ２O 正极得电极反应式为:3O２＋12e－+ 6H２0=＝=1２OH- 负极得电极反应式为:ＣH4Ｏ-6e-+8OＨ- ===CO32—+ ６H2O 2、酸性电解质(Ｈ2SO４溶液为例) 总反应: ２CH4O ＋3O2＝==2ＣＯ2 + 4H2O 正极得电极反应式为：3O2+12ｅ—+12H+==＝6Ｈ2O 负极得电极反应式为：2CH4O-１2ｅ－+２H2O =＝＝1２H＋+ 2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三、甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极，电解质溶液为KOH,生成得CO2还要与KOH反应生成K 2CO3,所以总反应为:CH4 + 2ＫＯH+ 2O２=＝= K２CO3 + 3H2O。 负极发生得反应：ＣＨ4–8ｅ-+ 8OＨ—==CO2+6Ｈ2OＣO２+ ２OＨ- ＝=ＣO３2- +H2Ｏ, 所以:负极得电极反应式为:CH4 + 1０OH－＋8e—＝==CO32—+ ７Ｈ2O 正极发生得反应有:O2 + 4e—=== 2Ｏ2- 与O2—+ H2O =＝= 2OＨ— 所以:正极得电极反应式为:O2 + 2Ｈ２O + 4e- ==＝4OH—
高中化学燃料电池完全解析
高中化学燃料电池完全解析 燃料电池(Fuel Cell)是利用氢气、碳、甲醇、硼氢化物、天然气等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化成电能的一类原电池。 【解法模板】 理顺书写燃料电池电极反应式的三大步骤 1．先写出燃料电池总反应式 虽然可燃性物质与氧气在不同的燃料电池中电极反应不同，但其总反应方程式一般都是可燃物在氧气中的燃烧反应方程式。由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物还可能要与电解质溶液反应，然后再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式相加，从而得到总反应方程式。 2．再写出燃料电池正极的电极反应式 由于燃料电池正极都是O 2得到电子发生还原反应，基础反应式为O 2＋4e － ===2O 2－ ，由于电解质的状态和电解质溶液的酸碱性不同，电池正极的电极反应也不相同。电解质为固体时，该固体电解质在高温下可允许O 2－ 在其间自由通过，此时O 2－不与任何离子结合，正极的电极反应式为O 2＋4e － ===2O 2－。电解质为熔融的碳酸盐时，正极 的电极反应式为O 2＋2CO 2＋4e － ===2CO 32－ 。当电解质为中性或碱性环境时，正极的 电极反应式为：O 2＋4e －＋2H 2O===4OH － ；当电解质为酸性环境时，正极的电极反应式为：O 2＋4e － ＋4H ＋ ===2H 2O 。 3．最后写出燃料电池负极的电极反应式 由于原电池是将氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分开在两极(负、正两极)上发生，故燃料电池负极的电极反应式＝燃料电池总反应式－燃料电池正极的电极反应式。在利用此法写出燃料电池负极的电极反应式时一要注意消去总反应和正极反应中的O 2，二要注意两极反应式和总反应式电子转移相同。 【例题】 锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH 溶液，反应为2Zn ＋O 2＋4OH － ＋2H 2O===2【Zn(OH)4】2－ 。下列说法正确的是( ） A ．充电时，电解质溶液中K ＋ 向阳极移动 B ．充电时，电解质溶液中c (OH － )逐渐减小 C ．放电时，负极反应为：Zn ＋4OH －－2e －===【Zn(OH)4】2 － D ．放电时，电路中通过2 mol 电子，消耗氧气22.4 L(标准状况) 【答案】C
高中化学 氢氧燃料电池
氢氧燃料电池 高考频度：★★★★☆ 难易程度：★★★☆☆ 典例在线 下列电池工作时，O 2在正极放电的是 A ．锌锰电池 B ．氢燃料电池 C ．铅蓄电池 D ．镍镉电池 【参考答案】B 【试题解析】锌锰电池，正极反应：2MnO 2＋2H 2O ＋2e － ===2MnOOH ＋2OH － ，MnO 2在正极放电，A 错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O 2＋4H ＋ ＋4e － ===2H 2O ，O 2在正极放电，B 正确。铅蓄电池，正极反应：PbO 2＋4H ＋ ＋ ＋2e －===PbSO 4＋2H 2O ，PbO 2在正极放电，C 错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH ＋H 2O ＋e － ===Ni(OH)2＋OH － ，NiOOH 在正极放电，D 错误。 解题必备 1．构造 。 O 2=2H ==2O ＋22H ．电池总反应：2 3．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式
介质负极反应式正极反应式 酸性2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性2H2－4e－===4H＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 碱性2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 学霸推荐 1．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下： 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为 A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol 2．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是 A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O C．电池工作时，H＋由正极移向负极 D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入 3．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是 A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极 B．电池的总反应是2C4H10＋13O28CO2＋10H2O C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－ D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O 4．H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH=－632 kJ·mol－1，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是
2019-2020学年高考化学专项复习电化学基础化学电源燃料电池(1)练习
燃料电池 1．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。总反应为：4Al＋3O2＋6H2O＝4Al(OH)3，下列说法不正确的是（） A．正极反应为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D．该电池通常只需要更换铝板就可继续使用 2．下列叙述不正确的是（） A．根据一次能源和二次能源的划分标准，氢气为二次能源 B．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源 C．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程 D．在火力发电时，化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化3．科学家近年来研制出的一种新型细菌燃料电池，是利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气又进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。该电池的负极反应为（） A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H2－2e－===2H＋D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 4．一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气。有关此电池的推断正确的是（） A．负极反应为14H2O＋7O2＋28e－===28OH－ B．放电一段时间后，负极周围的pH升高 C．每消耗1 mol C2H6，则电路上转移的电子为14 mol D．放电过程中KOH的物质的量浓度不变 5．下列说法错误的是（） A．碱性锌锰电池是二次电池 B．铅蓄电池是二次电池 C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生 D．燃料电池的活性物质没有储存在电池内部 6．阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池总反应为：2H2+O2=2H2O，电解质溶液为稀H2SO4溶液，电池放电时是将能转化为能。其电极反应式分别为：负极: ，正极: 。 7．将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即可产生电流。下列叙述正确的是（） ①通入CH4的电极为正极②正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－③通入CH4的电极反应式为CH4＋2O2＋4e－===CO2＋2H2O ④负极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动 A．①③⑤B．②④⑥
高中化学燃料电池的书写方法
高中化学燃料电池的书写方法 几种常见的“燃料电池”的电极反应式的书写 燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池，它与原电池形成条件有一点相悖，就是不一定两极是两根活动性不同的电极，也可以用相同的两根电极。燃料电池有很多，下面主要介绍几种常见的燃料电池，希望达到举一反三的目的。 一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：2H2＋O2＝2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2＋2e－＝2H＋,2H＋＋2OH－＝2H2O,所以： 负极的电极反应式为：H2– 2e－＋2OH－＝2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2＋4e－＝2O2－，O2－在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O 生成OH－即：2O2－＋2H2O＝4OH－，因此，正极的电极反应式为：O2＋H2O＋4e－＝4OH－。2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 ＋2e－＝2H＋ 正极是O2得到电子，即：O2＋4e－＝2O2－，O2－在酸性条件下不能单独存在，只能结合H ＋生成H2O即：O2－＋2 H＋＝H2O，因此 正极的电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－＝2H2O(O2＋4e－＝2O2－，2O2－＋4H＋＝2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为：H2＋2e－＝2H＋正极的电极反应式为：O2＋H2O＋4e－＝4OH－ 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H＋；2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH－； 3.中性溶液反应物中无H＋和OH－； 4.水溶液中不能出现O2－。 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例） 总反应式：2CH4O＋3O2＋4KOH＝2K2CO3＋6H2O 正极的电极反应式为：3O2＋12e－＋6H2O＝12OH－ 负极的电极反应式为：CH4O －6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O 2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例） 总反应：2CH4O＋3O2＝2CO2＋4H2O 正极的电极反应式为：3O2＋12e－＋12H＋＝6H2O 负极的电极反应式为：2CH4O－12e－＋2H2O＝12H＋＋2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三、甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4＋2KOH＋2O2＝K2CO3＋3H2O。 负极发生的反应：CH4– 8e－＋8OH－＝CO2＋6H2O CO2＋2OH－＝CO32－＋H2O，所以：负极的电极反应式为：CH4＋10 OH－＋8e－＝CO32－＋7H2O 正极发生的反应有：O2＋4e－＝2O2－和O2－＋H2O＝2OH－所以： 正极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 说明：掌握了甲烷燃料电池的电极反应式，就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式四、铝—空气—海水电池：我国首创以铝–空气–海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海
氢氧燃料电池性能测试实验分析报告
氢氧燃料电池性能测试实验报告 冯铖炼 实验目的 1. 了解燃料电池工作原理 2. 通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3. 研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4. 熟悉电子负载、直流电源的操作 ， 匚作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂， 氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将 化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、 氧气在电极上的催化 剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电， 在氧电极上由于缺少电子 而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分 解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接 在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。 这正是水的电 解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂 全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在 电池外部它只是提供一个反应的容器 学号: 1141440057 指导老师: 索艳格 姓名:
氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池， 它利用物质发生化学反应时释出的能量, 直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是, 于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间 的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成， 2013年正发展为直接使 用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气），。氢在负极 分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载 就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。 这 正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有 异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，-所以也可称它为一种"发电机"。 i 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。 发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢一氧燃料电池有酸式和碱式两种: 'I 若电解质溶液是碱、盐溶液则 负极反应式为：，2H2 + 4OH- - 4e~二4场0 正极反应式为：+ 2H2 O + 4广二4OH ■ 若电解质溶液是酸溶液则 负极反应式为：2H2 _ 4牴 —4H 正极反应式为：°2 + 4广+ 4H*二2H2O 总反应方程式为： 2H2 + 02二2H2 O 在碱溶液中，不可能有H+出现，在酸溶液中，不可能出现 0H —。 实验步骤 ① 连接电子负载，测量开路电压 它工作时需要连续地向其供给反应物质 燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由 在正、负极上
氢氧燃料电池
一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：2H2 + O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以： 负极的电极反应式为：H2 –2e- + 2OH- === 2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此， 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O，因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H + === 2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2- 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例） 总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH- 负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O 2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例） 总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O 负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三、甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K 2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。
化学教学论实验报告——氢氧燃料电池的制作
化学教学论实验报告——氢氧燃料电池的制作 化学系2011级化学2班罗晗 10111550218 一、实验方程式、装置： 1、电解水时，选用1mol/L硫酸钠溶液作为电解质溶液，两极发生如下反应： 阳极：2H2O =O2 +4H+ +4e- 阴极：4H2O +4e- =2H2 +4OH- 2、两极吸附满气体后，拆去外电源，使燃料电池放电，两极发生如下反应： 正极：O2 +4H+ +4e- =2H2O 负极：2H2 +4OH- =4H2O +4e- 3、实验装置： 二、实验注意事项： 1、在实验过程中，燃料电池具有正负极，应当正确判断其正负极，防止二极管的电极接反，最终导致其不能发光。发光二极管灯脚有正、负极之分，长脚为正极，短脚为负极。如不能识别，可直接用燃料电池接试，如不发光，说明接反了，交换一下电极即可。 2、由于普通碳棒表面较为光滑，所以在电解过程中难以吸附较多的氢气和氧气，导致发光二极管发光时间较短，实验效果不明显，所以要把普通炭棒置于高温火焰上灼烧到发红，立即投入冷水中使其表面变得粗糙多孔，使其在电解水时可吸附较多的氢、氧气体。 三、实验思考： 1、电解质溶液的种类对最终发光二极管的发光时间有何影响？
答：经过查阅资料得知，电解质溶液的种类对最终发光二极管的发光时间具有较大影响，设计实验分析其影响大小，实验结果如下表： 由此可知，电解质溶液的种类对二极管发光时间具有较大影响，因为不同种溶液电离出的离子种类不同，其最终产生的离子数目也不同，从而导致其导电能力不同，最终的二极管发光时间也就不同了。如上面实验可以看出，硫酸与氢氧化钠的导电能力相似，其电解出的离子数目相近；而硫酸钠电离出的离子出较多，导电能力较强。 2、为何要将碳棒进行淬火？是否淬火次数越多越好？ 答：由于普通碳棒表面较为光滑，所以在电解过程中难以吸附较多的氢气和氧气，即最终成为燃料电池所能储存的电能较少，最终的发光二极管发光时间较短，实验效果不明显。而把普通炭棒置于高温火焰上灼烧到发红，立即投入冷水中使其表面变得粗糙多孔，则会使其在电解水时可吸附较多的氢、氧气体，最终储存的电能较多，发光二极管的发光时间也较长。但是并不是淬火次数越多越好，因为淬火次数越多，消耗的炭就越多，则更容易使得碳棒断裂，所以淬火的次数应根据实际情况判断，使得碳棒能负载的气体最多为最佳。 3、燃料电池的工作原理是什么？有什么优缺点？ 答：燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置，这类电池具有转换效
高考化学全国卷Ⅰ专题———燃料电池
高考化学专题之燃料电池 1. 氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700℃)，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是 A. 电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用 B. 负极反应式为H2 -2e- +CO32-==CO2+H2O C. 该电池可利用工厂中排出的CO2，减少温室气体的排放 D. 电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2 2.镁燃料电池作为一种高能化学电源，具有比能量高、使用安全方便、成本低、燃料易于贮运、污染小等特点，拥有良好的应用前景。如图是镁燃料电池的一种原理图，该装置为圆筒状，其中心为镁柱，圆筒为可透气的导电材料。下列有关该镁燃料电池的叙述正确的是 A．该电池的总反应为2Mg+O 2 =2MgO B．反应生成O2-，该离子有正极移向负极 C．Cl-在阳极失去电子生成Cl 2 D．正极反应式为O 2+2H 2 O+4e-=4OH-
3.一种新型燃料电池，是用两根金属铂做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入CH 3 OH 和O 2 ，下解说法不正确的是 A．通入CH 3 OH的电极为负极 B．随着放电的进行，负极附近pH上升 C．每消耗1molCH 3 OH可以向外电路提供6mol e－ D．通入O 2的一极电极反应为 4H 2 O+2O 2 -8e-=8OH- 4．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是 A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6＋6O26CO2+6H2O 5．如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面图．下列说法正确的是（） A．该电化腐蚀为析氢腐蚀 ．B．C．D．
氢氧燃料电池
一、氢氧燃料电池 令狐采学 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2， 总反应为：2H2 + O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2 O,所以： 负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2 O === 4OH- ，因此， 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ = == H2O，因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- == = 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质）
负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明： 1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2- 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例） 总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH- 负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O 2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例） 总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O 负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三、甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2 KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。 负极发生的反应：CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- == CO32- + H2O，
氢氧燃料电池(完成)
氢氧燃料电池 大千世界，万紫千红，无奇不有！而各种各样的材料正是构成我们这个五彩缤纷的世界的基础，材料是构成所有物质的基本成分，没有材料就不会有物质，没有物质就不会有我们这个丰富多彩的大自然，更不会有人类。 生活中，材料无处不在。各种各样的材料构成的物质使人们的生活变得丰富多彩。为满足人们衣食住行等日常生活的需要，聪明的人类开始从大自然获取多种原材料，经过加工，合成人们所需要的各种各样的物质。如各种各样的时装，食品，建筑，交通工具等无不是材料合成的结晶！到如今，材料已成为社会发展的重要物质基础。20世纪60年代，人们把材料、能源、信息并成为现代技术和现代文明的三大支柱；70年代又把新型材料、信息技术和生物技术列为新技术革命的主要标志。可以说，材料工业是国民经济建设中的重要工业，也是非常重要的研究方向；材料是所有工业的基础，材料技术成为不同工程领域产业化的共性关键技术。当代每一项重大新技术的出现都有赖于新材料的发展。人们已经强烈地认识到材料科学与材料工程对社会发展的作用。无论是专门从事材料研究的科技人员，还是经济学家、金融银行家、企业界巨头以及国家领导人，都密切注意材料研究的动向和发展趋势，以便及时把握时机作出正确决策，在世界经济发展的竞争中占有一席之地。 然而正是由于材料在社会发展中的重要性，使得材料工业的发展突飞猛进！材料工业在解决当今世界所面临的难题中起着无可替代的作用！而当今世界人们所面临的主要难题是能源短缺和环境污染，据有关资料显示，地球上煤，石油，天然气在2100年前都将枯竭，并且化石燃料的燃烧对环境的污染较大！如果这些问题得不到解决，到那时世界经济将面临崩溃，为解决这些问题，在科学家们的不懈努力下，氢燃料电池“应运而生”。 为解决能源短缺、环境污染等问题，开发清洁、高效的新能源和可再生能源已十分紧迫。氢能因燃烧热值高、污染小、资源丰富成为新能源的对象，氢燃料电池作为氢能利用的有效手段，已被美国《时代》周刊评为21 世纪有重要影响的十大技术之一。 氢燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受"卡诺循环"的限制，能量转换效率高达60％～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。 氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。电池阳极上的氢在催化剂作用下分解为质子和电子，带阳电荷的质子穿过隔膜到达阴极，带阴电荷的电子则在外部电路运行，从而产生电能。在阴极上的氧离子在催化剂作用下和电子、质子化合反应成水。 具体反应过程为： (1)氢气通过管道或导气板到达阳极； (2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子，阳极反应为： H2→2H＋＋2e (3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；