问题思考-|||-燃料电池汽车-|||-燃料电池汽车(FCV)是一种用车载燃料电池装置产生-|||-的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料-|||-为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。-|||-燃料电池具有效率高、噪音低、无污染物排放等优点,这确保-|||-了FCV成为真正意义上的高效、清洁汽车。你可以在五分-|||-钟内给电池灌满燃料,而不是等上几个小时来充满电。-|||-1.燃料电池汽车的发电原理与火力发电的区别是什么?-|||-2.与通常的电动汽车比较,燃料电池汽车的不同是什么?-|||-3.以高纯度氢气为燃料的燃料电池汽车的总反应方程式怎-|||-么写?"效率高、噪音低、无污染物排放等优点"如何理解?-|||-4.燃料电池汽车的电解质不同,对电极反应会产生影响,写-|||-出如下几种燃料电池汽车的正、负极反应方程式。-|||-(1)磷酸燃料电池(PAFC)是当前商业化发展得最快的一-|||-种燃料电池,电解质为磷酸,除以氢气为燃料外,还有可能-|||-直接利用甲醇、天然气、城市煤气等低廉燃料。燃料极(负-|||-极): __ 以H2为燃料);-|||-空气极(正极) __ 。-|||-(2)质子交换膜燃料电池(PEMFC)在原理上相当于水电-|||-解的"逆"装置,质子交换膜作为传递 ^+ 的介质,只允许-|||-^+ 通过,而H2失去的电子则从导线通过。-|||-燃料极(负极): __ ;-|||-空气极(正极): __ 。-|||-(3)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC),电解质是熔融碳酸盐,-|||-其工作原理为:空气极的O2(空气)和CO2结合生成-|||-(C{O)_(3)}^2-, (C{O)_(3)}^2- 与作为燃料供给的H 2相结合,放出 ^-, 同时-|||-生成H2O和CO2。-|||-燃料极(负极): __ ;-|||-空气极(正极): __ 。-|||-(4)固体氧化物燃料电池(SOFC),电解质通常采用ZrO2-|||-氧化锆),燃料气一般为H 2、CH4、城市煤气等,电池内电-|||-路通过 ^2- 导电。-|||-燃料极(负极): __ (以H 2为燃料);-|||-空气极(正极): __ 。

本题主要考查燃料电池汽车的相关知识，包括发电原理、与其他动力汽车的区别、总反应方程式以及不同类型燃料电池的电极反应方程式，具体解析如下：

1. 燃料电池汽车与火力发电的原理区别

燃料电池的核心是化学能直接转化为电能：燃料（如氢气）在负极氧化失去电子，氧气在正极还原得到电子，电子通过外电路形成电流，无需中间热能和机械能转换。
火力发电则是间接能量转化：燃料燃烧释放热能→加热水产生蒸汽→驱动汽轮机转化为机械能→再通过发电机转化为电能，能量转化环节多，效率低。

2. 燃料电池汽车与电动汽车的区别

动力来源不同：

• 燃料电池汽车的电力由车载燃料电池装置直接提供（燃料氧化发电），无需预先充电；
• 普通电动汽车的电力来自可充电蓄电池（需外接电源充电储能后使用）。

3. 氢气燃料电池的总反应及优点理解

总反应本质是氢气燃烧：
$2\text{H}_2 + \text{O}_2 = 2\text{H}_2\text{O}$
“效率高、噪音低、无污染物排放”的含义：

• 效率高：化学能直接转化为电能，能量损耗小（远超火力发电）；
• 噪音低：无内燃机等机械运转部件，仅靠电极反应发电；
• 无污染：产物仅为水，无CO₂、氮氧化物等污染物。

4. 不同类型燃料电池的电极反应

(1) 磷酸燃料电池（PAFC，电解质：磷酸）

• 负极（燃料极，H₂氧化）：H₂失去电子生成H⁺（磷酸提供酸性环境）
  $\text{H}_2 - 2e^- = 2\text{H}^+$
• 正极（空气极，O₂还原）：O₂得电子与H⁺结合生成水
  $\text{O}_2 + 4e^- + 4\text{H}^+ = 2\text{H}_2\text{O}$

(2) 质子交换膜燃料电池（PEMFC，电解质：质子交换膜）

• 负极：H₂失电子生成H⁺（质子通过膜传递）
  $\text{H}_2 - 2e^- = 2\text{H}^+$
• 正极：O₂得电子与H⁺结合生成水（原理同PAFC，膜仅允许H⁺通过）
  $\text{O}_2 + 4e^- + 4\text{H}^+ = 2\text{H}_2\text{O}$

(3) 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC，电解质：熔融碳酸盐）

• 负极：H₂失电子后与CO₃²⁻反应生成H₂O和CO₂（碳酸盐提供CO₃²⁻）
  $\text{H}_2 - 2e^- + \text{CO}_3^{2-} = \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$
• 正极：O₂与CO₂结合生成CO₃²⁻（补充电解质中的CO₃²⁻）
  $2\text{CO}_2 + \text{O}_2 + 4e^- = 2\text{CO}_3^{2-}$

(4) 固体氧化物燃料电池（SOFC，电解质：ZrO₂，O²⁻导电）

• 负极：H₂失电子与O²⁻结合生成H₂O（电解质传递O²⁻）
  $\text{H}_2 - 2e^- + \text{O}^{2-} = \text{H}_2\text{O}$
• 正极：O₂得电子生成O²⁻（通过电解质传递至负极）
  $\text{O}_2 + 4e^- = 2\text{O}^{2-}$