有关燃料电池

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1、有关燃料电池基本知识了解1、定义：燃料电池是一种不经过燃烧，将燃料化学能经过电化学反应直接转变为电能的装置。它和其它电池 中的氧化还原反应一样，都是自发的化学反应，不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能，且废物排放量很低。 其中燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，这是我们书写燃料电池总反应方程式的依据。2、燃料电池的电极规定燃料电池的两极材料都是用多孔碳、多孔镣、铂、钯等兼有催化剂特性的惰性金属，两电极的材料相同。因此 燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的一极为负极，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空 气或氧气的一极为正极，氧气在该电极上发生还原反应。3、燃料

2、电池的类型碱性燃料电池（AFC）采用氢氧化钾溶液作为电解液。质子交换膜燃料电池（PEMFC ）采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。磷酸燃料电池（PAFC ）采用2000高温下的磷酸作为其电解质。熔融碳酸燃料电池（MCFC ）固态氧燃料电池（SOFC ）采用固态电解质在不同的电解质中，燃料电池的电极反应式就有不同的表示方法。因此，在书写燃料电池电极反应式时要特别 注意电解质的种类。4、燃料电池的工作原理：以氢氧燃料电池为例，其工作原理是：氢气（可燃物）从负极处失去电子（燃料被 氧化掉），这些电子从外电路流到正极；同时，余下的阳离子（氢离子）通过电解液被送到正极。在正极，氧气获 得电子发生反应。5、燃

3、料电池的优点：作为二十一世纪改善人类生活的绿色电源”一裁料电池，它具有以下优点：燃料电池是把化学能直接转化为电能，而不经过热能这一种中间形式，所以它的电效率比其它任何形式的发 电技术的电效率都高。燃料电池的废物（如SO2、CO、NOx ）排放量很低，大大减少了对环境的污染。燃料电池中无运动部件，工作时很安静且无机械磨损。总之，燃料电池是一种新型无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发电设备，其投入使用可有效的解决能源危 机、污染问题，是继水力、火力、核能发电后的第四类发电一一化学能发电，被称为二十一世纪的“绿色电源”。燃料电池电极反应式的书写方法在中学阶段，掌握燃料电池的工作原理和电极反应式的书写

4、是十分重要的。书写燃料电池电极反应式的方法之 一是：第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，再写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的 基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。方法之二是直接写负极的电极反应式：1mol燃料 失去几mol电子（根据化合价的变化确定），产物是什么（根据电解质来确定），配平反应式（根据电荷守恒等方法）。1、燃料电池总反应方程式的书写因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，可根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应 方程式，但要注意燃料的种类。若是氢氧燃料电池，其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性 变化而变

5、化，即2H 2+O 2=2H 20。若燃料是含碳元素的可燃物，其电池总反应方程式就与电解质的状态和电解质溶液 的酸碱性有关，如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成C0 2和H20，即CH 4+20广CO 2+2H 20 ；在碱性电解质中生成C0 32-离子和H20，即CH 4+20H -+20广CO 32-+3H 20。2、燃料电池正极反应式的书写因为燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧气得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，正极反 应的本质都是0 2得电子生成0 2-离子，故正极反应式的基础都是0 2 + 4e-=202-o正极产生0 2-离子的存在形式与燃 料电池的电解质的状态和电解质

6、溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非常重要的一步。现将与电解质有关的五种情 况归纳如下。电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸或磷酸）：在酸性环境中，0 2-离子不能单独存在，可供0 2-离子结合的 微粒有H+离子和H20 , 0 2-离子优先结合H+离子生成H20。这样，在酸性电解质溶液中，正极反应式为02 + 4H +4e-=2H 20。（2）电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液）：在中性或碱性环境中，0 2-离子也不能单 独存在，0 2-离子只能结合H 20生成0H-离子，故在中性或碱性电解质溶液中，正极反应式为0 2 + 2H20+4e-=40H -。电解质为熔融的碳酸盐（

7、如LiCO 3和Na2C0 3熔融盐混和物）：在熔融的碳酸盐环境中，0 2-离子也不能单独存 在，0 2-离子可结合C0 2生成C0 32-离子，则其正极反应式为0 2 + 2C0 2+4e-=2C0 32-。电解质为固体电解质(如固体氧化锆一氧化钇)：该固体电解质在高温下可允许O2-离子在其间通过，故其正 极反应式应为O 2 + 4e-=2O气综上所述，燃料电池正极反应式本质都是O2 + 4e-=2O2-,在不同电解质环境中，其正极反应式的书写形式有所 不同。因此在书写正极反应式时，要特别注意所给电解质的状态和电解质溶液的酸碱性。3、燃料电池负极反应式的书写燃料电池负极反应物种类比较繁多，可

8、为氢气、水煤气(CO+H 2)、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、甲醇、乙醇、 葡萄糖等可燃性物质。不同的可燃物有不同的书写方式，要想先写出负极反应式比较困难。一般燃料电池的负极反 应式都是采用间接方法书写，即按上述要求先正确写出燃料电池的总反应式和正极反应式，然后在电子守恒的基础 上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。燃料电池电极反应式的书写应用举例1、电解质为酸性电解质溶液例1、科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料用于军事目的。一种甲 醇燃料电池是采用铂或碳化鸨作电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。 试回答下列问题：(1)

9、 这种电池放电时发生的化学反应方程式 。(2) 此电池的正极发生的电极反应是；负极发生的电极反应是。电解液中的H+离子向 极移动；向外电路释放电子的电极 。比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高， 其次是。解析：因燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同，又且其电解质溶液为稀硫酸，所以该电池反 应方程式是2CH 3OH+3O 2=2CO 2+4H 2O。按上述燃料电池正极反应式的书写方法1知，在稀硫酸中，其正极反应式 为：3O2 + 12H+12e-=6H 2O，然后在电子守恒的基础上利用总反应式减去正极反应式即得负极反应式为：

10、2CH 3OH+2H 2O - 12e-=2CO 2 f+12H。由原电池原理知负极失电子后经导线转移到正极，所以正极上富集电子，根据 电性关系知阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。故H+离子向正极移动，向外电路释放电子的电极是负极。答案：2CH 3OH+3O 2=2CO 2+4H 2O(2)正极 3O2 + 12H+12e-=6H2O ;负极 2CH 3OH+2H 2O - 12e-=2CO 2 f+12H正；负对空气的污染较小2、电解质为碱性电解质溶液例2、甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH溶液，下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是()A、负极反应式为 CH 4+10OH -8e-=CO 3

11、2-+7H 2OB、正极反应式为O2 + 2H 2O+4e -=4OH -C、随着不断放电，电解质溶液碱性不变D、甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大解析：因甲烷燃料电池的电解质为KOH溶液，生成的CO 2还要与KOH反应生成K 2CO 3,故该电池发生的反 应方程式是CH 4+2OH -+2O 2=CO 32-+3H 2O。从总反应式可以看出，要消耗OH -,故电解质溶液的碱性减小，C错。 按上述燃料电池正极反应式的书写方法2知，在KOH溶液中，其正极反应式为：O2 + 2H2O+4e=4OH -。通入甲烷 的一极为负极，其电极反应式可利用总反应式减去正极反应式为CH 4+10O

12、H -8e-=CO 32-+7H 2O o选项A、B均正确。 根据能量转化规律，燃烧时产生的热能是不可能全部转化为功的，能量利用率不高，而电能转化为功的效率要大的 多，D项正确。故符合题意的是C。3、电解质为熔融碳酸盐例3、某燃料电池以熔融的K2CO3 (其中不含O2HCO 3-)为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具 有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。试回答下列问题：(1) 写出该燃料电池的化学反应方程式。写出该燃料电池的电极反应式。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物 质，加入的物质是什么，它从哪里来？解析：由于电解质

13、为熔融的K2CO 3,且不含O2HCO 3-,生成的CO 2不会与CO 32-反应生成HCO 3-的，故该燃 料电池的总反应式为：2C4H10+13O 2=8CO 2+10H2O。按上述燃料电池正极反应式的书写方法3知，在熔融碳酸盐环 境中，其正极反应式为O2 + 2CO2+4e-=2CO 32-。通入丁烷的一极为负极，其电极反应式可利用总反应式减去正极反 应式求得，应为2C4H10+26CO 32- 52e-=34CO 2+10H2O。从上述电极反应式可看出，要使该电池的电解质组成保持稳 定，在通入的空气中应加入CO2，它从负极反应产物中来。4、电解质为固体氧化物例4、一种新型燃料电池，一极

14、通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2) 晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池说法正确的是()A. 在熔融电解质中，。2-由负极移向正极B. 电池的总反应是:2C4H10 + 13O2 =8CO2 + 10H2O仁通入空气的一极是正极，电极反应为：O2 + 4e-=2O2-D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H 10 + 26e-+13O2-=4CO2 + 5H2O练习：1.据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧 燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是()A .正极

15、反应式为:O 2+2H 2O+4e -=4OH -B. H作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C .该燃料电池的总反应方程式为：2H 2+O 2=2H 2OD.用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L 0 (标准状况)时，有0.1 mol电子转移2. 二甲醚(CH3OCH 3)被称为21世纪的新型燃料，它清洁、高效，具有优良的环保性能。四川是利用天然 气生产二甲醚的重要基地之一。以二甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。该电池中负 极上的电极反应式是：。3. 一种新型燃料电池，它以多孔镣板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极 反应式分别为

16、：C H +18OH -14e-=2CO ；-+12H 0 ; 7H 0 +3.5O+14e-=14OH -有关此电池的推断正确的是()263222A. 通乙烷的电极为正极B参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7：2C-放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变D.电解质溶液中，CO 32-向正极移动4. 某燃料电池发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是A. CH OH(g)+O 9 (g)=H O(1)+CO 9 (g)+2H+ (aq)+2e-B. O 9 (g)+4H+ (aq)+4e =2H O(1)322222C. CH OH(g)+H

17、O(1)=CO 9(g)+6H+(aq)+6eD . O 9 (g)+2H O(1)+4e-=4OH -322225. 北京奥运会祥云”火炬然料是丙烷(C3H8)，亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯(C3H6)。以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入o2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为；放电时，C0 32-移向电池的 (填正”或负”)极。6-种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率而备受重视。现有Li2CO 3和Na2C0 3的熔融盐混合物作电解质， 一极通C0气体，另一极通02和C02的混合气体，制作650C时工作的燃料电池，其电池总反应是2C0+0 2=2C0 2,

18、则下列说法中正确的是A.通C0的一极是电池的正极B.负极电极反应是：02+2C0 2+4e-=2C0 32C .熔融盐中C0 32-的物质的量在工作时保持不变D .正极发生氧化反应7-种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇Y 20 3)的氧化锆(ZrO2) 晶体，在熔融状态下能传导0 2-。下列对该燃料电池说法正确的是()A.在熔融电解质中，02-由负极移向正极B-电池的总反应是：2C4H10+13O厂8C02+10H20C-通入空气的一极是负极，电极反应为：0 2+4e-=20 2-D. 通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 + 26e + 13(2 =

19、 4C02 + 5也08.如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子+) 和电子。电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为：瞬匚也打一|漏：2CH 30H +302 = 2C0 2 + 4H20。下列说法中正确的是()一,A. 左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇3二|二三B. 右边的电极为电池的负极，b处通入的是空气卜C .电池负极的反应式为：CH 30H+H 20=C0 2+6H +6e-；D .电池的正极反应式为：0 2+2H 20+4e -=40H -锂离子电池问题1. 锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池

20、，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为负极反应：C6Li xe-=C 6Li1-x+xLi+(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料)正极反应：Li1-xMO 2 + xLi+ + x e=LiMO 2 (LiMO 2表示含锂的过渡金属氧化物)下列有关说法正确的是A.锂离子电池充电时电池反应为C/i + L MO 2=LiMO 2 + C Lii O1X2201XB-电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1mol电子，金属锂所消耗的质量最小C .锂离子电池放电时电池内部Li+向负极移动D .锂离子电池充电时阴极反应为C6Li_x+xLi+x e=C 6Li2. 某可充电

21、的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电 池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn 20 4。下列说法正确的是A .方攵电时，LiMn 2O 4发生氧化反应B .方攵电时，正极反应为：Li+LiMn 2O 4+e-=Li2Mn 2O 4C. 充电时，LiMn 2O 4发生氧化反应D.充电时，阳极反应为：Li+e-=Li3. LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。煎电一电池反应为:FePO4+Li 克电LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨，含Li+导电固体为电解质。 下列有关LiF

22、ePO4电池说法正确的是A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B.放电时电池内部Li+向负极移动C. 充电过程中，电池正极材料的质量减少D.放电时电池正极反应为：FePO 4+Li+e-=LiFePO 44. 天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钻(LiCoO 2),充电时LiCoO 2成电一中Li被氧化,Li4迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2+C6F CoO 2+ LiC6，下列说法正确的是(充放电反了)A .充电时，电池的负极反应为LiC6 e- = Li + CB .放电时，电池的正极反应为CoO 2+

23、 Lt+ e= LiCoO2C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质D. 锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低 有关盐桥和原电池效率 化学电源的优点:(1)能量转换效率高，供能稳定可靠。(2) 可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。(3) 易维护，可在各种环境下工作。判断原电池其优劣判断看单位质量或单位体积所输出电能的多少，或输出功率大小以及电池储存时间长短。除特殊情况外，质量轻、 体积小而输出电能多，功率大储存时间长的电池，更适合电池使用者。为提高原电池的利用效率：引入盐桥和隔膜隔膜的作用：右图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320

24、C左右，电池反应为2Na+ xS=Na2Sx，正极的电极反应式为 。M (由Na2O和A12O3制得)的两个作用是离子导电(导电，或电解质)和隔离钠与硫：。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。盐桥：(含饱和KC1溶液的琼脂)作用：构成回路、平衡电荷锂电电池充电的充放电原理作者嵌入式玩耍者日期2009-12-15 6:27:00推荐其实锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的 替代产品，它的阳极采用能吸藏锂离子的碳极，放电时， 锂变成锂离子，脱离电池阳极，到达锂离子电池阴极。 锂离子在阳极和阴极之间移动，电极本身不发生变化。 这是锂离子电池与金属锂

25、电池本质上的差别。锂离子电 池的阳极为石墨晶体，阴极通常为二氧化锂。充电时， 阴极中锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向阳极 运动与电子合成锂原子。放电时，锂原子从石墨晶体内 阳极表面电离成锂离子和电子，并在阴极处合成锂原 子。所以，在该电池中锂永远以锂离子的形态出现，不 会以金属锂的形态出现，所以这种电池叫做锂离子电 池。固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）属于第三代燃料电池，是一种在中高温下 直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍 认为是在未来会与质子交换膜燃料

26、电池（PEMFC） 一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。目录特点 结构绢成 发展 固体氧化物燃料电池原理特点SOFC与第一代燃料电池（磷酸型燃料电池，简称PAFC）、第二代燃料电池（熔融碳酸盐燃料电池，简称 MCFC）相比它有如下优点：（1）较高的电流密度和功率密度；（2）阳、阴极极化可忽略，彼化损失集中在电解质内阻降；(3)可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；(4)避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题；(5)能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统；(6)广泛采用陶瓷材料作电解质

27、、阴极和 阳极，具有全固态结构；(7)陶瓷电解质要求中、高温运行(6001000C),加快了电池的反应进行，还可以 实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可 以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。在大型集中供电、中型 分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电 源，都有广阔的应用前景。结构组成固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛 适应性等，是其广泛应用的基础。固体氧化物

28、燃料电池单体主要组成部分由电解质(electrolyte)阳极或燃料极(anode, fuel electrode)阴极或空气极(cathode air electroc和)连接体(interconnec或双极板(bipolar separatO组成。固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的逆”装置。其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都 含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，例如：氢气(H2)、甲烷(CH

29、4)、城市煤气等，具有催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续 通入氧气或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使得02得到电子变为O2-, 在化学势的作用下，02-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解 质与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。单体电池只能产生1V左右电压，功率有限，为了使得SOFC具有实际应用可能，需要大大提高SOFC 的功率。为此，可以将若干个单电池以各种方式(串联、并联、混联)组装成电池组。目前SOFC组的结构主 要为：管状(tubula

30、r、)平板型(planar和整体型(unique)H种，其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为 SOFC的发展趋势。发展固体氧化物燃料电池的开发始于20世纪40年代，但是在80年代以后其研究才得到蓬勃发展。早期开发出来的SOFC的工作温度较高，一般在800 1000C。目前科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电 池，其工作温度一般在800C左右。一些国家的科学家也正在努力开发低温SOFC，其工作温度更可以降低至650700C。工作温度的进一步降低，使得 SOFC的实际应用成为可能。固体氧化物燃料电池原理在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池。近些年来，分布式电站由于其成

31、本 低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发 电效率，同时也具有低污染的环境效益。常压运行的小型SOFC发电效率能达到45%-50%。高压SOFC与燃气轮机结合，发电效率能达到70%。 国外的公司及研究机构相继开展了SOFC电站的设计及试验，100kW管式SOFC电站己经在荷兰运行。Westinghouse公司不但试验了多个kW级SOFC，而且正在研究MW级

32、SOFC与燃气轮机发电系统。日本的 三菱重工及德国的Siemens公司都进行了 SOFC发电系统的试验研究2。一般的SOFC发电系统包括燃料处理单元、燃料电池发电单元以及能量回收单元。图一是一个以天然 气为燃料、常压运行的发电系统。空气经过压缩器压缩，克服系统阻力后进入预热器预热，然后通入电池 的阴极天然气经过压缩机压缩后，克服系统阻力进入混合器，与蒸汽发生器中产生的过热蒸汽混合，蒸汽 和燃料的比例为，混合后的燃料气体进入加热器提升温度后通入燃料电池阳极。阴阳极气体在电池内发生 电化学反应，电池发出电能的同时，电化学反应产生的热量将未反应完全的阴阳极气体加热。阳极未反应 完全的气体和阴极剩余氧

33、化剂通入燃烧器进行燃烧，燃烧产生的高温气体除了用来预热燃料和空气之外， 也提供蒸汽发生器所需的热量。经过蒸汽发生器后的燃烧产物，其热能仍有利用价值，可以通过余热回收 装置提供热水或用来供暖而进一步加以利用。SOFC简单发电系统示意图2011年高考化学备考：电解原理与STS2011-03-22 08:06:2来源：作者：【大中小】浏览：230次评论：0条|一.电解原理是重要的化学理论知识，与生活和生产有紧密联系，氯碱工业就是电解原理应用于日工业生产的一个生动实例，电解原理和STS类试题能考查学生知识活学活用，理解接受新信息并迅 速运用所学知识解决问题的能力，是电解原理考查的一个方向。1.电解食盐

34、水与杀菌消毒B.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化纳溶液，通电时，为使ci2 L被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（）A. a为正极，b为负极；NaClO和NaClB. a为负极，b为正极；NaClO和NaClC. a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD. a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl解析：用石墨作电极电解饱和NaCl溶液总电极反应式为：2NaCl + 2O=2NaOH+H, +Cl2卜反应产物又可继续 反应：2NaOH +Cl2 =NaCl + NaClO +电。，由此可知有较

35、强杀菌能力的消毒液主要成分为NaClO和NaCl.电解过程 中阴极产生鸟和NaOH，阳极产生Cl2,为使产生的Cl2与NaOH溶液充分接触并反应，显然应该是电解池的下端产生 Cl2，即上端a为负极，下端b为正极。答案：B2. 电解原理与废水处理工业上处理含Cr2O72-酸性工业废水用以下方法：（1）往工业废水中加入适量的NaCl,搅拌均匀；（2）以Fe为电 极进行电解，经过一段时间有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀产生；（3）过滤，回收，沉淀，废水达到排放标准，试回 答：(1) 电解时的电极反应：阳 阴极(2) 电解过程中Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀是怎样产生的？(3) 能否将铁电极改

36、为石墨电极？为什么？解析：根据电解原理可判断：阳极为活泼电极Fe，发生氧化反应：Fe -2e- = 2Fe2-，废水中的H+浓度增大， 阴极发生还原反应：2H+ +2e- = H2 f.在酸性溶液中，阳极溶解下来的Fe2+将Cr2O72-还原成Cr3+,自身被氧化成 Fe3+,随着电解的不断进行，c(H+)减小，Cr3+,Fe3+在溶液中的水解程度增大，以至从溶液中析出Cr(OH)3和Fe(OH)3 沉淀，废水中加入适量的NaCl，是为增强溶液的导电性。若将Fe电极改成石墨电极(惰性电极)，则溶液中的 Cl-在阳极放电：2 Cl- -2e- =Cl2f,溶液中无Fe2-，也就是无法将废水中的C

37、r2O72-还原而除去。3. 电解原理与金属防腐将铝制品与另一材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝制品与电解液的接触面上逐渐形成一层 Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量，使Al(OH)3分解，从而在铝制品表面形 成一层较厚的氧化膜。某校研究性小组根据上述原理，以铝制品和铁棒为电极，以一定浓度的碳酸氢钠溶液为电解 液进行实验。(1) 铝制品表面形成氢氧化铝薄膜的电极反应式为(2) 电解过程中必须使电解液的PH保持相对稳定(不能太大，也不能太小)的原因是解析：本题的命题背景是利用电解原理在铝制品表面形成氧化膜，增强铝制品的抗腐蚀能力。(1) 要形成Al(OH)3薄膜，铝制品需做阳极：Al -3e- =Al3+，然后Al3+与溶液中的HCO3-水解反应：Al3+ +3HCO3- =Al(OH)3 + 3CO2 .总的电极反应式为：Al -3e-+ 3HCO3- =Al(OH)3 + 3CO2 .(2) Al(OH) 3和Al2O 3都是两性物质，电解液酸性或碱性太大会使形成的Al2O 3薄膜溶解，因此必须使电解液的 PH保持相对稳定。