燃料電池【高校化学・化学基礎一問一答】

解答：【１】燃料電池

水素などの燃料や空気中の酸素を用い、電気エネルギーを得る電池を燃料電池という。

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：【１】リン酸型燃料電池

リン酸H₃PO₄水溶液を電解液とする燃料電池をリン酸型燃料電池という。

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：【１】H₃PO₄

リン酸型燃料電池は、リン酸H₃PO₄水溶液を電解液とする燃料電池である。

これを踏まえて、リン酸型燃料電池の電池式は次のように表すことができる。

\[ \mathrm{(-)H_{2}｜H_{3}PO_{4}aq｜O_{2}(+) }\]

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：H₂ → 2H^＋ ＋ 2e^ー

リン酸型燃料電池の負極の反応式は次の通りである。

\[ \mathrm{H_{2} → 2H^{+} + 2e^{-}} \]

水溶液中のH₂がe^ーを放出してH^＋となる。

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：O₂ ＋ 4H^＋ ＋ 4e^ー → 2H₂O

リン酸型燃料電池の正極の反応式は次の通りである。

\[ \mathrm{O_{2} + 4H^{+} + 4e^{-} → 2H_{2}O} \]

O₂がH^＋とe^ーを受け取りH₂Oとなる。

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O

リン酸型燃料電池の負極と正極の反応式をまとめて、リン酸型燃料電池全体の反応式をつくる。

\[ \begin{array}{rr}
& \mathrm{H_{2} → 2H^{+} + 2e^{-} ×2}\\
+\big{)}&\mathrm{O_{2} + 4H^{+} + 4e^{-} → 2H_{2}O}\\
\hline
&\mathrm{2H_{2}+O_{2} → 2H_{2}O}
\end{array} \]

これが、リン酸型燃料電池の全体式である。電子e^ーの数を合わせて消すために、負極の式を×2していることに注意しよう。

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：【１】アルカリ型燃料電池

水酸化カリウムKOH水溶液を電解液とする燃料電池をアルカリ型燃料電池という。

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：【１】KOH

アルカリ型燃料電池は、水酸化カリウムKOH水溶液を電解液とする燃料電池である。

これを踏まえて、アルカリ型燃料電池の電池式は次のように表すことができる。

\[ \mathrm{(-)H_{2}｜KOHaq｜O_{2}(+)} \]

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：H₂ ＋ 2OH^ー → 2H₂O ＋ 2e^ー

アルカリ型燃料電池の負極の反応式は、次の通りである。

\[ \mathrm{H_{2}+2OH^{-} → 2H_{2}O + 2e^{-}}\]

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：O₂ ＋ 2H₂O ＋ 4e^ー → 4OH^ー

アルカリ型燃料電池の正極の反応式は、次の通りである。

\[ \mathrm{O_{2} + 2H_{2}O + 4e^{-} → 4OH^{-}} \]

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）

解答：2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O

正極と負極の反応式をまとめると、次のようになる。

\[ \begin{array}{rr}
& \mathrm{H_{2} + 2OH^{-} → 2H_{2}O + 2e^{-} ×2} \\
+\big{)}&\mathrm{O_{2}+2H_{2}O+4e^{-}→4OH^{-}}\\
\hline
&\mathrm{2H_{2}+O_{2} → 2H_{2}O}
\end{array} \]

参考：燃料電池（リン酸型・アルカリ型の仕組み、各極の反応式など）