氫氧燃料電池

1、一、氫氧燃料電池氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負(fù)極通入H2，正極通入 O2，總反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O電極反應(yīng)特別要注意電解質(zhì)，有下列三種情況：1電解質(zhì)是KOH溶液（堿性電解質(zhì)）負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為：H2 + 2e- = 2H+ ,2H+ + 2OH- = 2H2O,所以： 負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H2 2e- + 2OH- = 2H2O；正極是O2得到電子，即：O2 + 4e- = 2O2- ，O2- 在堿性條件下不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O = 4OH- ，因此，正極的電極反應(yīng)式為：O2 + H2O + 4e- = 4OH

2、- 。 2電解質(zhì)是H2SO4溶液（酸性電解質(zhì)）負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H2 +2e- = 2H+ 正極是O2得到電子，即：O2 + 4e- = 2O2- ，O2- 在酸性條件下不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ = H2O，因此正極的電極反應(yīng)式為：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O(O2 + 4e- = 2O2- ，2O2- + 4H+ = 2H2O) 3. 電解質(zhì)是NaCl溶液（中性電解質(zhì)） 負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H2 +2e- = 2H+正極的電極反應(yīng)式為：O2 + H2O + 4e- = 4OH- 說明： 1.堿性溶液反應(yīng)物、生成物中均無H+ 2.酸性溶液反應(yīng)

3、物、生成物中均無OH- 3.中性溶液反應(yīng)物中無H+ 和OH- 4.水溶液中不能出現(xiàn)O2-二、甲醇燃料電池甲醇燃料電池以鉑為兩極,用堿或酸作為電解質(zhì)：1 堿性電解質(zhì)（KOH溶液為例）總反應(yīng)式：2CH4O + 3O2 +4KOH= 2K2CO3 + 6H2O正極的電極反應(yīng)式為：3O2+12e- + 6H20=12OH- 負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH4O -6e-+8OH- = CO32-+ 6H2O 2. 酸性電解質(zhì)（H2SO4溶液為例）總反應(yīng): 2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O正極的電極反應(yīng)式為：3O2+12e-+12H+ = 6H2O 負(fù)極的電極反應(yīng)式為：2CH4O-12e-+2

4、H2O = 12H+ 2CO2說明：乙醇燃料電池與甲醇燃料電池原理基本相同三、甲烷燃料電池甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極,電解質(zhì)溶液為KOH，生成的CO2還要與KOH反應(yīng)生成K2CO3，所以總反應(yīng)為：CH4 + 2KOH+ 2O2 = K2CO3 + 3H2O。 負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH4 8e- + 8OH- =CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- = CO32- + H2O，所以：負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH4 + 10 OH- + 8e- = CO32- + 7H2O 正極發(fā)生的反應(yīng)有：O2 + 4e- = 2O2- 和O2- + H2O = 2OH- 所以：正極的電極反應(yīng)式為：O2 + 2

5、H2O + 4e- = 4OH-說明：掌握了甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式，就掌握了其它氣態(tài)烴燃料電池的電極反應(yīng)式四、 鋁空氣海水電池我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光。電源負(fù)極材料為：鋁； 電源正極材料為：石墨、鉑網(wǎng)等能導(dǎo)電的惰性材料。負(fù)極的電極反應(yīng)式為：4Al12e=4Al3+；正極的電極反應(yīng)式為：3O2+6H2O+12e=12OH總反應(yīng)式為：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3說明:鋁板要及時(shí)更換,鉑做成網(wǎng)狀是為了增大與氧氣的接觸面積.燃料電池電極反應(yīng)式的書寫方法在中學(xué)階段

6、，掌握燃料電池的工作原理和電極反應(yīng)式的書寫是十分重要的。所有的燃料電池的工作原理都是一樣的，其電極反應(yīng)式的書寫也同樣是有規(guī)律可循的。書寫燃料電池電極反應(yīng)式一般分為三步：第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；第三步，在電子守恒的基礎(chǔ)上用燃料電池的總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得到負(fù)極反應(yīng)式。下面對書寫燃料電池電極反應(yīng)式“三步法”具體作一下解釋。1、燃料電池總反應(yīng)方程式的書寫因?yàn)槿剂想姵匕l(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃料燃燒反應(yīng)寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式，但要注意燃料的種類。若是氫氧燃料電池，其電池總反應(yīng)方程式不隨電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性

7、變化而變化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素的可燃物，其電池總反應(yīng)方程式就與電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)，如甲烷燃料電池在酸性電解質(zhì)中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在堿性電解質(zhì)中生成CO32-離子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。2、燃料電池正極反應(yīng)式的書寫因?yàn)槿剂想姵卣龢O反應(yīng)物一律是氧氣，正極都是氧化劑氧氣得到電子的還原反應(yīng)，所以可先寫出正極反應(yīng)式，正極反應(yīng)的本質(zhì)都是O2得電子生成O2-離子，故正極反應(yīng)式的基礎(chǔ)都是O24e-=2O2-。正極產(chǎn)生O2-離子的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有著密切的關(guān)系。

8、這是非常重要的一步。現(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的五種情況歸納如下。電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液（如稀硫酸）在酸性環(huán)境中，O2-離子不能單獨(dú)存在，可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O，O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O24H+4e-=2H2O。電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液（如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液）在中性或堿性環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在，O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子，故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O22H2O +4e-=4OH-。電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物）在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存

9、在， O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為O22CO2 +4e-=2CO32-。電解質(zhì)為固體電解質(zhì)（如固體氧化鋯氧化釔）該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過，故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O24e-=2O2-。綜上所述，燃料電池正極反應(yīng)式本質(zhì)都是O24e-=2O2-，在不同電解質(zhì)環(huán)境中，其正極反應(yīng)式的書寫形式有所不同。因此在書寫正極反應(yīng)式時(shí)，要特別注意所給電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性。3、燃料電池負(fù)極反應(yīng)式的書寫燃料電池負(fù)極反應(yīng)物種類比較繁多，可為氫氣、水煤氣、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物質(zhì)。不同的可燃物有不同的書寫方式，要想先寫出負(fù)極反應(yīng)式相當(dāng)困難。一般燃料電池的

10、負(fù)極反應(yīng)式都是采用間接方法書寫，即按上述要求先正確寫出燃料電池的總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式。三、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫應(yīng)用舉例1、電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液例1、科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國已計(jì)劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。試回答下列問題：這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是           

11、60;            。此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是                           ；負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是        

12、;                    。電解液中的H+離子向    極移動(dòng)；向外電路釋放電子的電極是     。比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是          &

13、#160;               。解析：因燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，又且其電解質(zhì)溶液為稀硫酸，所以該電池反應(yīng)方程式是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法1知，在稀硫酸中，其正極反應(yīng)式為：3O212H+12e-=6H2O，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式為：2CH3OH+2H2O12e-=2CO2+12H+。由原電池原理知負(fù)極失電子后經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到正極，所以正

14、極上富集電子，根據(jù)電性關(guān)系知陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。故H+離子向正極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是負(fù)極。答案：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O正極3O212H+12e-=6H2O；負(fù)極2CH3OH+2H2O12e-=2CO2+12H+正；負(fù)               對空氣的污染較小2、電解質(zhì)為堿性電解質(zhì)溶液例2、甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)于甲烷燃料電池的說法不正確的是    

15、                                          （   ）A、負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OB、正極反應(yīng)式

16、為O22H2O +4e-=4OH-C、隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大解析：因甲烷燃料電池的電解質(zhì)為KOH溶液，生成的CO2還要與KOH反應(yīng)生成K2CO3，故該電池發(fā)生的反應(yīng)方程式是CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。從總反應(yīng)式可以看出，要消耗OH-，故電解質(zhì)溶液的堿性減小，C錯(cuò)。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法2知，在KOH溶液中，其正極反應(yīng)式為：O22H2O +4e-=4OH-。通入甲烷的一極為負(fù)極，其電極反應(yīng)式可利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式為CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O。選項(xiàng)A、B均正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，

17、燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大的多，D項(xiàng)正確。故符合題意的是C。甲烷電池 負(fù)極：CH4+10OH-8e-CO32- +7H2O 正極：O2+4e-+2H2O4OH- 乙烷電池 負(fù)極 2 CH3CH3 - 28e- + 36OH- = 4 CO32- + 24H20 正極 7 O2 + 28 e- + 14 H20 = 28 OH-丙烷電池 負(fù)極:C3H8 - 20e- + 20OH- = 3CO32- + 14H20 正極: 5o2 +20e-+10H2O = 20 OH- 肼 電池：負(fù)極：N2H4+4OH- - -4e=N2+4H2O正極：O

18、2+H2O+4e=4OH-甲醇電池 正極：3O2 + 12e + 6H20 = 12OH 負(fù)極：2CH3OH - 12e + 16OH= 2CO32- + 12H2O 高中常見化學(xué)方程式 一、堿金屬1、4Na + O2=2 Na2O 2、2Na + O2=Na2O2(點(diǎn)燃) 3、2Na +2 H2O=2NaOH + H24、Na2O + H2O=2NaOH 5、2Na2O2 +2 H2O=4NaOH + O26、2Na2O2+ 2CO2=2Na2CO3+ O2 7、2Na + S = Na2S（條件：點(diǎn)燃）8、4Li + O2 =2Li2O9、2K + 2H2O=2KOH + H2 10、Na

19、2CO3+2 HCl=2NaCl + CO2+H2O 11、NaHCO3+ HCl=NaCl+ + CO2+H2O12、Na2CO3+ CO2+ H2O=2NaHCO3 13、2NaHCO3= Na2CO3+ CO2 + H2O14、NaHCO3 + NaOH=Na2CO3 + H2O15、NaHCO3+ NaHSO4=Na2SO4+ CO2+ H2O16、2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3+Na2CO3 + H2O17、2NaOH + CuSO4=Na2SO4 +Cu(OH) 2 18、3NaOH + FeCl3=3NaCl +Fe(OH) 3 19、2NaOH + MgCl2=2N

20、aCl + Mg(OH) 2二、鹵素1、Cl2+2 Na = 2 NaCl （條件：點(diǎn)燃） 2、Cl2+ Mg= MgCl2 （條件：點(diǎn)燃） 3、Cl2+ Cu =CuCl 2 （條件：點(diǎn)燃）4、3Cl2+ 2Fe =2FeCl3 （條件：點(diǎn)燃） 5、Cl2 + H2=2 HCl （條件：點(diǎn)燃） 6、3Cl2+2 P = 2PCl3 （條件：點(diǎn)燃）7、Cl2+ PCl3= PCl5 （條件：點(diǎn)燃）8、Cl2 + H2O= HCl + HClO 9、Cl2 +2 NaOH=NaCl + NaClO+ H2O 10、2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2 +Ca(ClO) 2+2 H2O 11、C

21、l2 +2 NaBr=2NaCl + Br2 12、Cl2 + 2KI= 2KCl +I213、Br2+ 2KI=2KBr+ I214、MnO2 +4 HCl(濃）= MnCl2+Cl2+2 H2O （條件：加熱） 15、2NaCl + H2SO4(濃)= Na 2SO4+ 2HCl16、Ca(ClO)2 + CO2 + H2O=CaCO3+ 2HClO 17、NaClO + HCl=NaCl + HClO 18、2HClO =2 HCl +O219、H2+ F2= 2H F 20、H2 + Br2=2HBr21、H2 + I2= 2HI22、2F2 +2 H2O=4HF + O2 23、Na

22、Cl + AgNO3=NaNO3+ AgCl （白色沉淀）24、NaBr + AgNO3=NaNO3 + AgBr （淺黃色沉淀）25、KI + AgNO3=K NO3+ AgI （黃色沉淀）26、2AgBr =2Ag + Br2 （光照）三、硫及其化合物1、S + 2Cu =Cu2S （條件：加熱）2、S + Fe =FeS （條件：加熱）3、S + H2= H2S （條件：點(diǎn)燃）4、S + O2= SO2 （條件：點(diǎn)燃）5、2H2S + O2（不足）= 2 S +2H2O （條件：點(diǎn)燃）6、2H2S + 3O2（充足）= 2SO2 + 2H2O （條件：點(diǎn)燃）7、FeS +2 HCl= F

23、eCl2+ H2S 8、FeS + H2SO4=FeSO4 + H2S9、Na2SO3+ H2SO4=Na2SO4+ H2O+SO210、SO2+ H2O=H2SO3 11、2SO2 + O2=2SO3 （條件：催化劑、加熱）12、SO3 + H2O=H2SO413、SO2 + Cl2 + H2O= H2SO4 +2HCl 14、SO2+ Br2 +H2O=H2SO4+2HBr 15、SO2 +2 NaOH=Na2SO3+H2O16、C + 2H2SO4(濃) =CO2+2SO2+ 2H2O （條件：加熱）17、S +2 H2SO4(濃) =3SO2+2 H2O （條件：加熱）18、Cu +

24、2H2SO4 (濃)= CuSO4 +SO2+2 H2O （條件：加熱）19、H2S + H2SO4 (濃)=S+SO2+ 2H2O 21、2Na2SO3 + O2=2Na2SO422、Na2SO4 + BaCl2=NaCl + BaSO423、Na2SO3 + BaCl2=2NaCl +BaSO324、BaSO3 + 2HCl=BaCl¬2+SO2+H2O25、2H2O2 =2H2O+ O2 （見光、或加熱） 26、2O3 =3O2 （條件：放電）四、碳、硅及其化合物1、C + O2 =CO2 （條件：加熱）2、2C + O2 =2CO （條件：加熱）3、C + CO2 =2CO

25、（條件：加熱）4、C + H2O =CO + H2 （條件：高溫）5、C + 2CuO =2Cu + CO2 （條件：加熱）6、CO2 + H2O=H2CO37、CO2 + Ca(OH) 2=CaCO3+H2O8、CaCO3 + CO2 + H2O=Ca(HCO3) 29、Ca(HCO3) 2 =CaCO3+ CO2+H2O （條件：加熱）10、Ca(HCO3) 2 + Ca(OH) 2=2CaCO3+2 H2O11、CaCO3 =CaO+ CO2 （條件：高溫）12、CaCO3 +2 HCl=CaCl2+ CO2+H2O13、Si + O2 =SiO2 （條件：高溫）14、Si +2NaOH

26、 +H2O=Na2SiO3 + 2H2 15、Si + 4HF=SiF4+ 2H216、SiO2 +2 C =Si +2CO （條件：高溫） 17、SiO2 + CaO =CaSiO3 （條件：高溫）18、SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O （條件：高溫）19、Na2CO3 + SiO2=Na2SiO3+CO2 （條件：高溫）20、CaCO3 + SiO2 =Na2SiO3+CO2 （條件：高溫）21、Na2SiO3 + CO2 + H2O=H2SiO3 + Na2CO3 22、Na2SiO3 +2 HCl=2NaCl+ H2SiO3五、氮和氮的化合物1、N2 + 3H2 =

27、2NH3 （高溫、高壓、催化劑；且反應(yīng)可逆） 2、N2 + O2=2NO （放電）3、2NO + O2=2NO2 4、3NO2 + H2O=2HNO3 + NO 5、4NO + 3O2 +2 H2O=4HNO3 6、4NO2 + O2 + 2H2O=4HNO3 7、NH3 + H2O =NH3H2O8、NH3H2O =NH3+ H2O （條件：加熱）9、NH3 + HCl=NH4Cl10、NH3 + HNO3=NH4 NO311、4NH3 + 5O2 =4NO +6 H2O （催化劑 加熱）12、NH4Cl + NaOH =NaCl +NH3+ H2O 13、2NH¬4Cl（固）+C

28、a(OH) 2（固）= CaCl2+2NH¬3+2 H2O （加熱） 14、4HNO3 =4NO2+ O2+ 2H2O （見光、受熱） 15、Cu +4 HNO3 (濃）=Cu（NO3）2+2NO2+2 H2 （加熱） 16、3Cu +8 HNO3 (稀）=Cu（NO3）2+2NO+4 H2O （加熱） 17、C +4 HNO3 (濃）= CO2+ 4NO2+ 2H2O （加）18、4P + 5O2 =2P2O5 （點(diǎn)燃）19、P2O5 + 3H2O（熱）=2H3PO420、P2O5 + H2O（冷）=2HPO321、NH4Cl= NH3 + HCl （加熱）22、NH4HCO3 =

29、NH3+ CO2+ H2O23、N2O4 = 2NO2 （常溫下可逆）六、鋁及其化合物1、4Al + 3O2= 2Al2O3 （點(diǎn)燃）2、2Al +6 HCl=2AlCl3 +3 H23、2Al +6 H2O= 2 Al(OH) 3+3H2 4、2Al + 2NaOH +2 H2O=2NaAlO2 +3 H2 5、2Al + Fe2O3 =2Fe+ Al2O3 （高溫）6、Al2O3 + 6HCl=2AlCl3 +3 H2O7、Al2O3 +2 NaOH=2NaAlO2 + H2O 8、Al(OH) 3 +3HCl=AlCl3 +3 H2O9、Al(OH) 3 + NaOH=NaAlO2 +H2