《2025年课堂新坐标高中同步导学案高中化学选择性必修第一册苏教版》

三、燃料电池
1. 燃料电池
利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池种类很多，如氢氧燃料电池是以氢气为燃料，氧气为氧化剂的燃料电池。
2. 氢氧燃料电池
(1) 氢氧燃料电池原理示意图。

(2) 氢氧燃料电池工作原理。

(3) 电池特点。
① 能量转换率高，污染小。
② 工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。
【特别提醒】 (1) 燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应。
(2) 酸性介质中的燃料电池（氧化剂为${O_{2}}$）的正极反应式为${O_{2} + 4e^{-} + 4H^{+}=2H_{2}O}$；
碱性介质中的燃料电池（氧化剂为${O_{2}}$）的正极反应式为${O_{2} + 4e^{-} + 2H_{2}O=4OH^{-}}$。

答案： 三、2.
(2)$2 H_2 - 4 e^- + 4 OH^- \xlongequal{} 4 H_2 O$ $ O_2 + 4 e^- + 2 H_2 O \xlongequal{} 4 OH^-$ $2 H_2 + O_2 \xlongequal{} 2 H_2 O$

判一判
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) 燃料电池所有能量均转化为电能。(×)
(2) 燃料电池中通入燃料的一极为正极。(×)
(3) 氢氧燃料电池(酸性电解质)中${O_{2}}$通入正极，电极反应为${O_{2} + 4H^{+} + 4e^{-}=2H_{2}O}$。(√)
(4) 燃料电池电极材料本身不参与化学反应。(√)

答案： 判一判
(1)×
(2)×
(3)√
(4)√

燃料电池是化学对人类的一项重大贡献，用两根铂丝作电极插入$NaOH$溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池——甲烷燃料电池。如图是甲烷燃料电池原理示意图。

［问题探究］
［问题1］ 燃料电池供电时燃料会燃烧吗？燃料电池的优点有哪些？
［问题2］ 甲烷燃料电池的正负极如何判断？
［问题3］ 写出用$NaOH$作电解质溶液时两极的电极反应式。
［问题4］ 用稀${H_{2}SO_{4}}$作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正负极反应式和（3）相同吗？应如何书写？

答案： [问题探究]
问题1 提示：不会。燃料电池是燃料与氧化剂分别在两个电极上反应，将化学能直接转化为电能，不会发生燃烧转化为热能。优点：燃料电池能量转化率高，超过80％，，污染小。
问题2 提示：通$ O_2$一端得电子为正极，通$ CH_4$一端失电子为负极。
问题3 提示：因为$ CO_2$与$ NaOH$溶液反应生成$ Na_2 CO_3$，故总反应式为$ CH_4 + 2 O_2 + 2 NaOH \xlongequal{} Na_2 CO_3 + 3 H_2 O$，其中正极反应式为$2 O_2 + 4 H_2 O + 8 e^- \xlongequal{} 8 OH^-$，负极反应式为$ CH_4 + 10 OH^- - 8 e^- \xlongequal{} CO_3^{2-} + 7 H_2 O$。
问题4 提示：不同，相反应式是甲烷燃烧的化学方程式$ CH_4 + 2 O_2 \xlongequal{} CO_2 + 2 H_2 O$，其中正极反应式为$2 O_2 + 8 H^+ + 8 e^- \xlongequal{} 4 H_2 O$，负极反应式为$ CH_4 - 8 e^- + 2 H_2 O \xlongequal{} CO_2 + 8 H^+$。