燃料電池電極反應(yīng)式書寫策略

1、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫主講老師：楊彩云主講老師：楊彩云1. 什么是燃料電池？它的主要特點是什么？什么是燃料電池？它的主要特點是什么？ 2. 2. 常見的燃料電池有哪幾類？常見的燃料電池有哪幾類？ 如何快速書寫燃料電池的電極反應(yīng)式？如何快速書寫燃料電池的電極反應(yīng)式？學(xué)前學(xué)前思考思考1、燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化、燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。燃料電池能量轉(zhuǎn)化率很高，可達燃料電池能量轉(zhuǎn)化率很高，可達70以以上。上。2、不同于一般化學(xué)電池將活性物質(zhì)儲存、不同于一般化學(xué)電池將活性物質(zhì)儲存在電池內(nèi)部，燃料電池電極本身不含活

2、在電池內(nèi)部，燃料電池電極本身不含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件，工作性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)化元件，工作時燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在時燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應(yīng)，生成物不斷地電極上不斷地進行反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。能。導(dǎo)學(xué)導(dǎo)學(xué)3、燃料電池、燃料電池負(fù)極負(fù)極一般通入一般通入可燃性可燃性氣體氣體，如（，如（H2、CH4 、 C2H5OH等），等），正極正極一般通入助燃性一般通入助燃性氣體氣體，如，如O2 。負(fù)極負(fù)極正極正極O22O-2H2O (酸性酸性) OH-（堿性）（堿性）導(dǎo)學(xué)導(dǎo)學(xué)4、燃料電池的總反

3、應(yīng)式相當(dāng)于燃料、燃料電池的總反應(yīng)式相當(dāng)于燃料燃燒化學(xué)方程式。燃燒化學(xué)方程式。1969年美國年美國“阿波羅阿波羅11號號”登月成功。登月成功。飛船上使用的氫氧燃料電池構(gòu)造如右圖飛船上使用的氫氧燃料電池構(gòu)造如右圖示：兩個電極均由多孔性碳制成，通入示：兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。寫出電極反應(yīng)式和總化學(xué)方程式。寫出電極反應(yīng)式和總化學(xué)方程式?？偦瘜W(xué)方程式總化學(xué)方程式負(fù)極負(fù)極正極正極2H2 + O2 = 2H2OO2+2H2O+4e- = 4OH-2H2+4OH- -4e- = 4H2O 2H2 - 4e- = 4H+）4H+ +

4、4OH- = 2H2O(后續(xù)反應(yīng)后續(xù)反應(yīng))2H +4OH- - 4e- = 4H O -)介質(zhì)介質(zhì) 電池總反應(yīng)：電池總反應(yīng)： 2H2 +O2 = 2H2O 酸性酸性負(fù)極負(fù)極正極正極中性中性負(fù)極負(fù)極 正極正極堿性堿性負(fù)極負(fù)極正極正極氫氧燃料電池氫氧燃料電池2H - 4e- = 4H+O + 2H O + 4e- = 4OH-2H - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 4H2O2H +4OH- - 4e- = 4H O O + 2H O + 4e-= 4OH-結(jié)合介質(zhì)溶液的酸堿性，考慮后續(xù)反應(yīng)：結(jié)合介質(zhì)溶液的酸堿性，考慮后續(xù)反應(yīng)： H+ + OH- = H2O活學(xué)活用活學(xué)活用

5、1、寫出、寫出CH4、O2、KOH溶液組成的燃溶液組成的燃料電池的電極反應(yīng)式。料電池的電極反應(yīng)式。燃燒總反應(yīng)：燃燒總反應(yīng)：CH4+2O2 = CO2+ 2H2O 燃料電池總反應(yīng)：燃料電池總反應(yīng)： CH4+2OH-+2O2= CO32-+3H2O正極：正極：2O2+4H2O+ 8e-= 8OH-負(fù)極：負(fù)極：CH4+10OH-8e-= CO32-+7H2O后續(xù)反應(yīng)：后續(xù)反應(yīng)：CO2+2OH-=CO32-+H2O有沒有更簡潔的方法有沒有更簡潔的方法？活學(xué)活用活學(xué)活用 1、寫出、寫出CH4、O2、KOH溶液組成的燃溶液組成的燃料電池的電極反應(yīng)式。料電池的電極反應(yīng)式。 負(fù)極的電極反應(yīng)式的書寫負(fù)極的電極反

6、應(yīng)式的書寫化合價升高八價，故有化合價升高八價，故有方法：守恒分析法方法：守恒分析法 首先確定還原劑、氧化產(chǎn)物及失去的電子數(shù)（電子守首先確定還原劑、氧化產(chǎn)物及失去的電子數(shù)（電子守恒），然后依據(jù)介質(zhì)（恒），然后依據(jù)介質(zhì)（H+或或OH-）來使電子和原子個數(shù)）來使電子和原子個數(shù)守恒守恒1、電子守恒、電子守恒CH4-CO32-+-8e-CO2CH4CO32- CH4是還原劑，是還原劑，CO2是氧化產(chǎn)物，但后續(xù)是氧化產(chǎn)物，但后續(xù)反應(yīng)中反應(yīng)中CO2與與OH-反應(yīng)生成反應(yīng)生成CO32-2、電荷守恒、電荷守恒 左邊失去左邊失去8個電子，右邊有個電子，右邊有2個負(fù)電荷，要想使電個負(fù)電荷，要想使電荷守恒，應(yīng)在左邊加

7、上荷守恒，應(yīng)在左邊加上10個負(fù)電荷（為什么？），即個負(fù)電荷（為什么？），即CH4 -8e- CO32-CH4-+CO2CO32-+ OH-8e-+ H2O107抓得失電子守恒、抓得失電子守恒、電荷守恒和原子電荷守恒和原子守恒快速書寫守恒快速書寫+10OH- 3、原子守恒、原子守恒 將將H、O原子數(shù)配平得原子數(shù)配平得遷移應(yīng)用遷移應(yīng)用 寫出寫出CH4、O2、H2SO4溶液組成的燃料溶液組成的燃料電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式。電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式。2、如右圖所示，二甲醚直接燃料電池有、如右圖所示，二甲醚直接燃料電池有 啟動快、效率高等優(yōu)點，其能量密度啟動快、效率高等優(yōu)點，其能量密度 高于甲醇直接燃料電池

8、。高于甲醇直接燃料電池。寫出二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式寫出二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式酸性電解質(zhì)酸性電解質(zhì)CH3OCH3-2+CO2+ H+- e-+ H2O12-2有機物中氫元素一般為有機物中氫元素一般為正正1價；氧元素為負(fù)價；氧元素為負(fù)2價，價，再根據(jù)化合價法則推斷再根據(jù)化合價法則推斷碳元素的化合價。碳元素的化合價。11223 3、熔融鹽、熔融鹽燃料電池燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎镁哂懈叩陌l(fā)電效率，因而受到重視?？捎?Li2CO3和和Na2CO3的的熔融鹽熔融鹽混合物用電解質(zhì)，混合物用電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃為負(fù)極燃 氣，空氣與氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)?，制得的混合氣為正極助燃?xì)猓频?500下工作下工作 的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式: 負(fù)極電極反應(yīng)式負(fù)極電極反應(yīng)式: ， 正極反應(yīng)式正極反應(yīng)式:O2+2CO2+4e- =2CO32- 電池總反應(yīng)式電池總反應(yīng)式: 。電池總反應(yīng)式：電池總反應(yīng)式：2CO +O2= 2CO2負(fù)極電極反應(yīng)式：負(fù)極電極反應(yīng)式： 2CO+2CO32-4e- =4CO2