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第四章　
化学反应与电能
第一节　原电池
课时3　化学电源二
1. 了解常见燃料电池的种类及特点，能分析书写电池的电极反应式。
2. 知道随意丢弃废旧电池的危害，能正确处理废旧电池。
1. 如图为一种酸性氢氧燃料的构造示意图，电极材料使用的是铂。电池总反应式为2H2＋O2===2H2O
(1) 写出电池放电时的电极反应式。
【答案】 负极：H2－2e－===2H＋
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
(2) 说明电池内通过质子交换膜的粒子的种类和方向。
【答案】 H＋　由负极区移向正极区
活动一：了解常见氢氧燃料电池的种类及工作原理
2. 如图为一种碱性氢氧燃料的构造示意图，电极材料使用的是多孔电极。电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。写出电池放电时的电极反应式。
【答案】 负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
1. 如图为一种甲醇燃料电池的构造示意图。
写出电池放电时的电极反应式及总反应式。
【答案】 负极：CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
活动二：了解常见有机物燃料电池、熔融氧化物(盐)燃料电
池的种类及工作原理
2. 甲烷燃料电池是用沼气(主要成分为CH4)作为燃料的电池，其成本远低于以氢为燃料的传统燃料电池。甲烷燃料电池通常有酸性介质和碱性介质两种。
(1) 写出在酸性介质条件下甲烷燃料电池放电时的电极反应式及总反应方程式。
【答案】 负极：CH4＋2H2O －8e－===CO2＋8H＋
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2) 写出在碱性介质(KOH溶液)条件下甲烷燃料电池放电时的电极反应式及总反应方程式。
(3) 两种不同介质条件下反应总方程式不同的原因是什么？
3. 一种固体电解质燃料电池的构造示意图如图所示。该电池以稀土金属材料作电极，两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO3固体，它在高温下能传导O2－。写出电池放电时的电极反应式及总反应方程式。
【答案】 负极：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
正极：O2＋4e－===2O2－
总反应：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
4. 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷负极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属正极、金属极板构成的燃料电池，其电解质是熔融态碳酸盐。电池的优点在于工作温度较高，反应速率增大；对燃料的纯度要求相对较低，可以对燃料进行电池内重整；不需贵金属催化剂，成本较低；一种熔融碳酸盐燃料电池的构造示意图如图所示。写出电池放电时的电极反应式及总反应方程式。
1. 与普通固定体积大小的电池相比，燃料电池有什么优点？
【答案】 燃料电池的氧化剂和还原剂不固定在电池中，电池的容量更大。
2. 查阅数据，与将燃料的直接燃烧相比，燃料电池的能量转化率有什么优势？
【答案】 燃料直接燃烧热能利用率低，仅30%多，燃料电池的能量转化率高，能量转化率可超过80%。
活动三：不同类型电池的比较与探究电池的处理方法
3. 废旧电池(包括一次电池、二次电池和燃料电池等)随意丢弃会产生什么危害，应如何处理废旧电池？
【答案】 废旧电池(包括一次电池、二次电池和燃料电池等)随意丢弃会造成酸、碱或重金属污染。应统一回收，将电池中的物质分类处理、二次利用。
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1. 随着人们生活水平的不断提高，废电池必须进行集中处理，其原因是(　 　)
A. 电池外壳的金属材料
B. 回收其中石墨电极
C. 电池中含有贵重金属
D. 防止电池中酸、碱、重金属离子对土壤和水源的污染
D
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2. 一种二氧化硫－空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含SO2快速启动，其装置示意图如图所示。下列说法正确的是(　 　)
A. 电极A为电源的正极
C
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3. 一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是(　 　)
A. a电极发生还原反应
B. 每反应1 mol 乙酸，电路中转移4 mol 电子
C. H＋由右室通过质子交换膜进入左室
1
【解析】 乙酸在a电极被微生物催化氧化(碳元素化合价升高)，a电极为负极，发生氧化反应，A错误；乙酸被氧化为CO2的总反应为CH3COOH＋2H2O－8e－===2CO2↑＋8H＋，1 mol乙酸完全反应时，电路中转移8 mol电子，B错误；原电池中，负极(a极)反应生成H＋，正极(b极)反应消耗H＋，H＋应从左室通过质子交换膜进入右室，C错误。
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4. 科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是(　 　)
A. 电极a为电池的负极
B. 电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－
===2H2O
C. 电路中每通过4 mol电子，则负极消耗44.8 L
(标准状况下) H2S
D. 每17 g H2S参与反应，则有2 mol H＋经质子膜进入正极区
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5. 我国首创的以铝、海水、空气为能源的新型“海水电池”是以海水为电解液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电池的总反应式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。写出该电池的电极反应式：负极_________________；正极_________________________。
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Al－3e－===Al3＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
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6. 现代生产、生活中大量使用电池，电池的种类也很多。根据信息回答下列问题。
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二次
NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－
H2－2e－＋2OH－===
2H2O
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(2) 某公司研发了一种以甲醇和氧气作电极燃气、强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍。写出电池的电极反应式：正极_________________________；负极__________________
____________________。
(3) 右图是某甲醇燃料电池的结构示意图。
甲醇应从____(填“a”或“b”)处通入。
写出电池的电极反应式：
正极________________________；
负极_________________________________。
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O2＋2H2O＋4e－===4OH－
CH3OH＋8OH－
a
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋

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