对简易氢氧燃料电池实验的商榷及重制

摘要：对现行简易氢氧燃料电池实验提出疑问，并结合实验数据与专业文献对其反应行为释义，借助对现代电池技术的考察重新制作了简易实验装置，并就此分析其认知功能和实验功能。

关键词：氢氧燃料电池；电池电压；碳棒电极；实验设计；实验功能

文章编号：1005–6629（2017）5–0056–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题提出

氢氧燃料电池是一类极具发展和应用前景的能源技术，苏教版《化学2（必修）》及《实验化学（选修）》两个模块中都安排了相似的简易实验：通过灼烧后骤冷的方法使碳棒表面崩解从而增加电极表面积，先以3～6V直流电源电解0.5mol·L-1 Na2SO4溶液至电极上出现明显气泡，随后切换到放电电路并以发光二极管的点亮来证明吸附在电极表面的氢气与氧气（或是附着的气泡）发生了电化学反应[1]。该实验装置简单、操作简便、现象明显，在使用其他版本教材的地区也广受欢迎，包括笔者在内的不少教师还对其进行了后续改进，试图通过增大气体贮存量以获得更好的放电效果、加装液面指示管以表明气体的消耗[2]。但近期笔者发现此实验有一个根本性问题需要重新审视——放电时的电流真是由氢气和氧气反应产生的吗？

2 对电池电压的分析

众所周知，可逆电池的电动势遵守热力学规则，无论是碱性氢氧燃料电池：

但因极化现象的存在，电池的工作电压必定小于其标准电动势，譬如在供气压力几倍于大气压的条件下工作的碱性氢氧燃料电池，其輸出电压一般也仅为0.6～1.0V[3]。……