燃料电池探秘

　　《化学反应原理》模块中关于原电池知识的学习，必然会涉及到燃料电池的问题，很多
同学反映不知道如何处理这类问题，而燃料电池又是近几年高考命题的重要出题点。下面就
帮助大家解决这一难题。

 

　　原电池原理分析原电池发生的反应都是自发进行的释放能量（这样化学能才有可能转
化为电能）的氧化还原反应且不能是歧化反应，因此只要一个释放能量的氧化还原反应能
够自发的发生，并且它的氧化剂和还原剂不是同种物质，那么就可以将该反应设计成一个
原电池，其中氧化剂在正极得到电子发生还原反应，而还原剂做负极或者在负极上发生失
去电子的氧化反应，这是原电池反应的本质！学习原电池的相关知识时必须抓住这一点才
能进行正确的分析和解答。

 

　　燃烧反应常见的燃烧反应正是一类释放能量的自发进行的氧化还原反应，并且还原剂
（燃料）和氧化剂（助燃剂）不是同种物质，这就具备了原电池反应的基本条件。只是能量
转化的类型不同

――燃烧反应是将化学能转化为热能和光能，而原电池反应是将化学能转

化为电能。常见的燃烧反应有：氢气、一氧化碳、甲烷等气态烃、甲醇等燃料与氧气的燃烧反
应以及氢气与氯气的燃烧反应等。

 

　　燃料电池涉及燃料电池的试题实际上考察的仍然是原电池的基本知识，同学们之所以
感觉到这种题型难解答，无非是燃料电池的电极反应式的书写形式易出错，解决这一难题
的关键就在于如何将燃料的燃烧反应拆分成两个

“半反应”：一个“半反应”是燃料（即还原

剂）的氧化反应，另一个

“半反应”是助燃剂（即氧化剂）的还原反应。但是由于燃料电池种

类不同，电池内部的电解质的性质不同，都会造成原电池的电极反应不一样，并不是简单
的将原来的燃烧反应方程式拆分成两个

“半反应”就行。而应该根据题目给出的实际背景进行

合理的分析，写出两个比较完整的

“半反应”的电极反应式！而所谓的完整，是指不仅要考

虑燃料和助燃剂失或得电子前后的变化，而且还要考虑产物是否与电解质或水发生反应。燃
料电池一般使用多孔石墨等惰性电极，故电极本身一般不参与反应。下面就氢氧燃料电池进
行简要的示例分析！

 

　　氢氧燃料电池工作时在负极失电子的是氢气：

H2－2e－→2H＋；在正极得电子的是氧

气：

O2＋4e－→2O2－ 

　　

1.以 KOH 的水溶液作为原电池的电解质溶液时，H2 在负极发生氧化反应时生成的 H

＋一定与电解质溶液中的

OH－发生反应，同时 O2 在正极发生还原反应时生成的 O2－也

要与

H2O 发生反应，因而完整的电极反应式应该是： 

　　负极

2H2－4e－＋4OH－→4H2O 正极 O2＋4e－＋2H2O→4OH－ 

　　

2.以 H2SO4 的水溶液作为原电池的电解质溶液时，H2 在负极发生氧化反应时生成的 H

＋不再与电解质溶液反应，但

O2 在正极发生还原反应生成的 O2－要与电解质溶液中的 H

＋发生反应，因而完整的电极反应式应该是：

 

　　负极

2H2－4e－→4H＋正极 O2＋4e－＋4H＋→2H2O 

　　

3. 以 Na2SO4 的水溶液等中性盐溶液作为原电池的电解质溶液时，负极反应式与上述 2

的相同，正极反应式与上述

1 的相同，电极反应式为： 

　　负极

2H2－4e－→4H＋ 正极 O2＋4e－＋2H2O→4OH－ 

　　

4.如果以可以传导 O2－的氧化物作为电池内部的导电物质，电极反应式应该是： 

　　负极

2H2－4e－＋2O2－→2H2O 正极 O2＋4e－→2O2－ 

　　

5.如果以可以传导质子（即 H＋）的固体物质作为电池内部的导电物质，电极反应式

应该是：负极

 2H2－4e－→4H＋正极 O2＋4e－＋4H＋→2H2O（H＋在负极生成向正极移

动，生成的

H2O 为气体）