高二化学燃料电池专题

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1、燃料电池专题我在这里给同学们梳理一下燃料电池的原理，主要是解决正负极电极方程式书写的问题。一、预备知识（如果你必修阶段掌握良好可跳过这一部分）燃料电池说到底还是原电池，我们在这里先复习下必修2中Cu-Zn原电池的原理。1.看构造如上图，原电池主要由Cu片、Zn片、稀H2SO4、导线等构成。2.谈现象Zn片是银白色的，在放电过程中溶解。Cu片是紫红色的，在放电过程中表面有气泡冒出。3.说原理Zn比Cu金属性强（更活泼），即更容易失去电子，导线连接之后，Zn的电子优先选择沿着导线跑到铜片表面去排队1而不是直接跳到溶液里。Zn由于失去电子被

2、氧化形成Zn2+，就脱离了Zn片表面溶解在了溶液里，Zn片就不断变薄变细。我们把Zn这一极称为负极，电极方程式是Zn-2e-=Zn2+。与此同时，另一极Cu的表面由于有电子在那儿排队，而显负电，就会吸引溶液中的阳离子H+向该极移动，这些阳离子获得那些排队的电子生成H2，于是就有气泡冒出。我们把Cu这一极称为正极，电极方程式是2H++2e-=H2↑4.小结Cu-Zn原电池（稀H2SO4作为电解质）Zn是负极，失去电子，被氧化，电极方程式Zn-2e-=Zn2+。Cu是正极，H+在其表面得电子，被还原，电极方程式2H++2e-=H2

3、↑。5总反应式是Zn+2H+=Zn2++H2↑要小心，不要想当然地认为Zn失去电子则Cu得电子，Cu虽然金属性不强但毕竟仍然是金属，且是电的良导体（家里的电线、电话线、网线），说明了它表面的电子还是很容易移动的，因此它不会自己得电子形成带负电的离子。1：注意，我这里说电子排队只是形象地打个比方便于理解，给中学生讲课是可以这么讲的，实际上只有当回路接通的时候才会有电子跑到铜片上去。而之所以有这样的一个接通回路就会定向移动应该是电势差U造成的。二、氢氧燃料电池——最简单的燃料电池下面是该电池的原理图：1.看构造这个电池由两个惰性电极Pt

4、（金属铂）、导线等构成。左右两半溶液槽用隔膜隔开（允许部分离子通过，如阴离子半透膜只允许阴离子通过，不会完全隔断，否则就行不成闭合回路了）。2.谈原理左右分别有一条导气管，将H2和O2输送到Pt电极附近。由于Pt的特性——如表面多孔，可以吸附气体，所以这些输送进去的气体不会立刻浮出水面，而是附着在Pt电极表面。我们知道H2跟O2相比，前者是还原性气体，后者是氧化性气体。也就是说前者容易失去电子，后者容易得到电子。于是，跟我们之前Cu-Zn原电池类似就有：H2作负极反应物，失去电子，被氧化，生成H+。但是电极方程式却不一定是H2-2e-

5、=2H+。为什么呢？因为电解液的酸碱性不知道。如果电解液为酸性或者中性，这些H+是可以在其中大量存在的，则电极方程式就是前面这个。但如果电解液是碱性的，如KOH溶液，这些生成的H+就会马上被中和掉生成H2O。因此，此时的电极反应就是两步，即H2-2e-=2H+和2H++2OH-=2H2O，两步合起来就是H2-2e-+2OH-=2H2O。与此同时，O2作为正极反应物，得到电子，被还原，生成O2-。但电极方程式不是O2+4e-=2O2-。为什么呢？因为O2-是一种很不稳定的离子。而此时电解液如果是酸性的O2-就会立刻结合H+生成H2O。即

6、此时的电极反应又是两步：O2+4e-=2O2-和2O2-+4H+=2H2O，两步合起来就是O2+4e-+4H+=2H2O。而如果此时电解液是中性或者碱性，H+极少，O2-5就会跟H2O反应生成OH-，即2O2-+2H2O=4OH-，则这种情况下的电极方程式就是O2+4e-=2O2-和2O2-+2H2O=4OH-，两步合起来就是O2+4e-+2H2O=4OH-。3.小结电解液为酸性电解液为碱性负极反应式H2-2e-=2H+H2-2e-+2OH-=2H2O正极反应式O2+4e-+4H+=2H2OO2+4e-+2H2O=4OH-总反应式2H

7、2+O2=2H2O2H2+O2=2H2O4.简便教法强烈建议我们的老师要钻研之前的那个原理，在教学中要结合原理教学，这个简便教法是助学、助记法，是不能发展思维的，如果一来就按照这样去教，是不符合我们新课程理念的，是做题术的教学。而实际上如果按照前面的原理进行教学，学生达到一定熟练程度后是可以自动想到这些技巧的，这符合认知规律，是把人教聪明的教学。请各位老师切记切记。既然叫燃料电池，顾名思义，就跟它的燃烧有些关系。虽然在反应中并没有真的燃起来（溶液中怎么可能有火呢），但看总反应式正好就是它燃烧的那个反应式（但不写点燃）。由此，我们在写电

8、极反应式时可以时时想到这个熟悉的2H2+O2=2H2O，最后写完了电极方程式也请你加起来看看是不是这个总的。负极方面：H2-2e-=2H+，酸性电解液时，H+不被中和，所以就这样了。碱性电解液时，H+被中和，于是还有第二