廉敬立

摘 要：化學(xué)與生活息息相關(guān)，燃料電池在高考試題中年年出現(xiàn)。結(jié)合我國開發(fā)新能源的要求，有必要分析探討，提高學(xué)生的實(shí)際運(yùn)用能力。

關(guān)鍵詞：燃料電池；二甲醚；新型能源；酸性電解質(zhì)溶液；堿性電解質(zhì)溶液；熔融碳酸鹽

2013陜西理綜試題中28題（15分）是有關(guān)燃料電池的題，題中提到二甲醚（CH3OCH3）是無色氣體，可作為一種新型能源。由合成氣（組成為H2、CO和少量的CO2）直接制備二甲醚。因此，分析探討燃料電池是很有必要的。

接著我們從化學(xué)電源構(gòu)成、氫氧燃料電池以及燃料電池電極反應(yīng)式的書寫來談一談新型燃料電池。

一、化學(xué)電源構(gòu)成

化學(xué)電源是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置即原電池。其構(gòu)成條件是：

1.由兩種金屬活動(dòng)性不同的金屬或金屬和其他導(dǎo)電的材料（非金屬或某氧化物）組成的兩個(gè)電極。即有活潑性不同的兩個(gè)電極

2.兩個(gè)電極必須浸在電解質(zhì)溶液中自發(fā)地發(fā)生氧化-還原反應(yīng)

3.兩電極之間要接觸或用導(dǎo)線相連形成閉合電路

活動(dòng)性強(qiáng)的金屬是原電池的負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)?；顒?dòng)性較弱的金屬（導(dǎo)電的非金屬或氧化物）是原電池的正極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。

二、氫氧燃料電池

氫氧燃料電池是要求學(xué)生必須掌握的知識，其他燃料電池推斷以氫氧燃料電池為基準(zhǔn)。根據(jù)電解液寫出的正負(fù)極電極反應(yīng)式如下：

三、燃料電池書寫

電池負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式是常用的化學(xué)用語，其正誤判斷是考試的熱點(diǎn)，燃料電池的電極式書寫更是難點(diǎn)，因此要熟練掌握燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法。

1.寫

正確寫出燃料燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式，再分析其產(chǎn)物是否與電解液反應(yīng)。若繼續(xù)反應(yīng)，寫出其總反應(yīng)式。若不發(fā)生反應(yīng)，燃料燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式就是總反應(yīng)式。

2.定

標(biāo)出總反應(yīng)式中各元素的化合價(jià)，找出發(fā)生的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，確定在負(fù)極和正極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。

3.找

根據(jù)電解水溶液是酸性、堿性、中性或電解質(zhì)是熔融鹽、固體氧化物等，確定正極氧氣放電情況，尋找得出正極反應(yīng)式。有關(guān)電解質(zhì)的四種情況歸納如下：

（1）電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液（如稀硫酸）

在酸性環(huán)境中，O2-離子不能單獨(dú)存在，可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O，O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O2+4H++4e-=2H2O。

（2）電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液（如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液）

在中性或堿性環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在，O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子，故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-。

（3）電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如Li2CO3和Na2CO3熔融鹽混合物）

在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在，O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e-=2CO32-。

（4）電解質(zhì)為固體電解質(zhì)（如固體氧化鋯—氧化釔）

該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過，故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O2+4e-=2O2-。

綜上所述，燃料電池正極反應(yīng)式本質(zhì)都是O2+4e-=2O2-，在不同電解質(zhì)環(huán)境中，其正極反應(yīng)式的書寫形式有所不同。

4.減

用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式，得負(fù)極反應(yīng)式。

5.查

查正極和負(fù)極得失電子數(shù)目是否相等。氣體和沉淀符號是否標(biāo)明。（或?qū)⒄龢O和負(fù)極的電極式相加，看是否等于總反應(yīng)式。若相等則正確。否則為錯(cuò)。）

注意：新型燃料電池的燃料很多，如：CO、CH4、C2H6、C3H8、C4H10、CH3OH、CH3CH2OH、CH3OCH3、Al等都可用作燃料。條件也比較復(fù)雜，有的是酸、有的是堿、有的還可為鹽溶液或熔融氧化物。寫電極式時(shí)，遇具體問題要具體分析。

探討燃料電池，是為了讓學(xué)生在化學(xué)復(fù)課中充分理解掌握各種類型燃料電池，熟練運(yùn)用相關(guān)知識解決實(shí)際問題，提高其綜合應(yīng)用能力。高考命題在不斷向化學(xué)與技術(shù)方面傾斜，我們是否應(yīng)該增開化學(xué)與技術(shù)這門選修課，讓我們的學(xué)生在知識方面不要先輸給其他地區(qū)的學(xué)生，使他們在高考中同其他地區(qū)學(xué)生能站在同一起跑線上去競爭。

（作者單位 陜西省韓城市象山中學(xué)）