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燃料电池问题的解题思路 　　【摘 要】由于燃料电池具有化学能高又不污染环境的特点，所以燃料电池成了科研的重点也成了高考的一个热点。笔者从燃料电池的工作原理分析讲解了有关不同类型的燃料电池问题的解题思路，从而帮助学生在解决燃料电池的问题中理清基本的解题思路和方法。 　　【关键词】燃料电池 电极和电池反应 电子流向 　　【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）12-0132-01 　　燃料电池是1939年由英国科学家培根首先研制成功的，20世纪50年代后期宇航事业的发展使燃料电池的研究得到了快速的发展。人类为了开辟新能源，减少对环境的污染，加紧对燃料电池的研发和利用。 　　燃料电池是一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般的化学电池不同，一般化学电池的活泼性物质储存在电池的内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池本身不包含活性物质，只是一个催化元件。它工作时燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。 　　燃料电池的负极通入燃料（如：H2、CO、CH4、CH3OH、N2H4、液化石油气、液化丙烷气、煤气等），燃料电池放出电子，发生氧化反应，电子经外电路传递给正极并与通入的氧化剂气体（如O2）结合，发生还原反应，两极之间靠电解质导电，从而构成回路产生电流。电极可用表面上沉积了催化剂的多孔碳电极，也可用多孔的Ni和Ni-NiO分别作负极和正极，电极本身有催化性能。 　　根据电池中电解质的组成和特性对燃料电池进行分类，可分为碱性电池、酸性电池和固体熔融盐电池。 　　燃料电池是燃料在电池中直接氧化产生电能而不经过热能这一中间装置，故能量的转化率比普通的火力发电高得多，转化率目前最高可达80%左右。普通火力发电，燃料燃烧时产生大量的烟尘和有害气体，对环境污染严重，不符合绿色化学的要求，而燃料电池所用的燃料使用之前已经经过对有害物质的分离和处理，基本上不排放硫的氧化物和氮的氧化物。目前，发达国家加大对燃料电池的研究力度，一种10KW～20KW的碱性H2-O2电池已成功地使用于航天飞机。美国、日本等发达国家还有若干示范性的CH4-O2燃料电池发电站，但这类电池的成本很高，气体净化要求也高，普遍推广使用还有困难，有待于通过研究进一步降低其成本。 　　燃料电池具有化学能高而不污染环境的特点，故成为新型化学电源的研发焦点，是这几年高考和化学竞赛命题的热点，同时也是学生学习的难点。下面通过几道以燃料电池为背景的试题的解题分析，理清解决这类问题的基本思路与方法。 　　例1，某种熔融盐电池用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气和CO2混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式。（已知：负极反应为2CO+2CO32--4e-=4CO2） 　　正极反应为_____________；总反应为_____________。 　　解析：正极反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-，总反应为O2+2CO=2CO2。 　　例2，以KOH溶液为电解质的高能甲醇电池是锂或镍电池能量的10倍，假设放电过程中甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成CO32-。 　　（1）该电池的总离子方程式为：__________________。 　　（2）甲醇在_________极发生（填“正”或“负”）电池放电过程中溶液PH将_________（填“升高”或“下降”或“不变”）；若有16g甲醇蒸气被完全氧化产生电能，并利用该过程中释放的电能电解足量的CuSO4溶液，假设整个过程中能量的利用为80%，则产生标况下的O2为_________L。 　　分析：（1）负极反应：2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H20；正极反应：3O2+6H2O+12e-=12OH-；故总离子方程式：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。（2）甲醇在负极发生氧化反应，总反应消耗OH-故溶液的PH下降。电解CuSO4溶液，阳极反应为4OH--4e-=2H2O+O2，根据转移电子守恒：V（O2）={[（16g/32g）×6×80%/4]/4}×22.4L/mol=13.44L。 　　例3，有人设计制造了一种燃料电池，一极通入空气，另一极通入燃料汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-离子。回答下列问题：（1）以丁烷代表汽油，则电池放电时总反应方程式为_________；（2）这个电池的正极发生的反应为_________；这个电池的负极发生的反应为_________；固体电解质里的O2-的移动方向是_________；向外