高中化學難點專題突破難點燃料電池

1、難點23燃料電池燃料電池兩電極都不參加反應，反應的是通到電極上的燃料和氧 氣，電極反應式的書寫有難度。難點磁場請試做下列題目，然后自我界定學習本篇是否需要。熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3 和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO2 的混合氣為陰極助燃氣，制得在 650 C下工作的燃料電池，完成有 關的電池反應式：負極反應式：2CO+2CO34CO2 + 4e-正極反應式：?？傠姵胤磻剑?。案例探究例題某原電池中盛有KOH濃溶液，若分別向 填“正”或負下同）極通入可燃性氣體，向 通入。2,則電路中 就有電流通過，試完成下列問題：可燃性氣體正

2、極反應負極反應電池總反應pH變化(1)H 2(2)H2s(3)CO(4)CH4(5)C2H4(6)C2H2命題意圖：考查學生書寫燃料電池電極反應的能力。知識依托：原電池原理和氧化還原反應原理。錯解分析：忽視電解質溶液是 KOH溶液，誤以為負極能放出酸 性氣體。解題思路：燃料電池中，負極通入的氣體具有可燃性，在反應中 失去電子，被氧化到較高價態(tài)：氫元素將被氧化到最高價：+1價，在堿性溶液中產物不是 H + ,而是H2O H+與OH -結合的產物。H2s中硫元素，含碳物質中的碳元素將被氧化到+4價，而+ 4價的硫（或+4價的碳）又不能單獨存在，在其常見形式 SO2和SO 2 （或CO2和CO 3

3、）中，因周圍環(huán)境顯堿性生成酸性氧化物是不可能的， 產物應為SO 2 （或CO2 ）, O2-由誰來提供？顯然是OH-,提供O2 后裸離的H +怎么辦？與別的OH-結合生成H2O。若燃料中含有十 1價的氫元素，則它反應前后的價態(tài)不變（都是+ 1價），氫元素反應 前在含碳燃料中，反應后在生成物水中。負極電極反應式可根據電荷 守恒而配平。燃料電池中，正極通入的 02得電子被還原，成為OO2 4e=2O 2-O2-被H2O分子俘獲變?yōu)镺H-：H2O + O=2OH -將正、負兩極電極反應式疊加，可得電池總反應。根據電池總反 應可判定電解質溶液pH的變化。答案:正極反應負極反應電池總反應pH變化(1)O

4、2 + 4e- +2H 2。=4OH H2-2e +2OH -=2H 2O2H2 +O2=2H 2O變小(2)H2S- 6e - + 8OH=SO3 +5H2O2H2S + 3O2 +4OH-=2SO3+4H2O變小(3 )CO-2e +4OH -= = = = CO3 +2H2O2CO + O2 + 4OH -=2CO3+2H2O變小(4)CH4-8e+10OH= = = = CO 3 +7H2OCH4 + 2O2 +2OH=CO3 +3H2O變小(5)C2H4 - 12e - +160H-=2C03+10H 2OC2H4 + 302+ 40H2C02+ 4H2。變小(6)C2H2 - 10

5、e - +140H-=2C03+8H2O2c2H2 + 502 +80H-=4C03+6H2O變小錦囊妙計燃料電池的負極反應，一般較難寫出，而正極反應和電池總反應卻較易寫出。用電池總反應減去正極反應可得負極反應， 這是寫負極 反應式的一種巧妙方法。殲滅難點訓練.(因將例題中的惰性電極改為 Al電極和Mg電極，并停止 通氣體，則：(1)正極反應為：;(2)負極反應為：;(3)電極總反應式為： pH變化為：填“增大”“不變”或“變小”)。.(才將例題中的“ KOH(aq) ”改為：稀H2SO4,其他同例題，試回答前(4)問。.(才將Al、Fe兩電極分別插入盛有稀 HNO 3的電解質溶液中組成原電池

6、，試回答1 題中三個問題。.(!各Al、Cu兩電極分別插入盛有 18.4 mol L1的H2SO4(aq) 中組成原電池，試回答1 中三問。附：參考答案難點磁場提示：原電池中，正極上富余電子，通入正極上的O2得到電子：O2 4e =2O 2O2-半徑很小，在熔鹽中不能單獨存在，被 CO2分子俘獲：CO2 O2 =CO 3將正、負兩極上的電極反應式疊加，可得總反應方程式。答案：O2 2CO2 4e =2CO 232CO O2=2CO 2殲滅難點訓練.提示：堿性溶液中，Al 比 Mg 活潑，負極上Al 失去電子。正 極上H2O得電子，逸出H2,生成OH-。答案：(1)6H 2O +6e =6OH-

7、+ 3H 2 T(或 6H + + 6e -=3H 21)(2)2Al -6e +8OH =2AlO 2 +4H2O(3)2Al + 2OH - + 2H2O=2AlO2 + 3H 2 T 變小.提示：負極上，H2、H2S、CO、CH4失電子，分別生成H +、 H +和SO2、CO2、H +和CO2,產物中O原子由H2O提供。正極上，O2得電子變?yōu)镺2-, O”與H+結合生成H2O。如果有水生成，溶液的濃度和 pH都會發(fā)生變化答案：正極反應負極反應電池總反應pH變化(1)O2 + 4e +4H+=2H2OH2- 2e -=2H +2H2+O2=2H 2O變大(2)H2s - 6e - +2H

8、2O=SO2 T 46H +2H2S+3O2=2SO T +2H2O變大(3 )CO - 2e - +H2O= = = =CO2 T KH +2CO +O2= = = = CO 2 T不受(4)CH4 8e - +2H 2。=CO2 T 48H +CH4+2O2=CO 2 f +2H2O變大.提示：活潑金屬Al失電子變成Al3電子由負極流向正極， 正極上NO 3 (而非H+)得電子變成NO逸出，同時有H +參加反應， 與NO 3的另外2個2價的O原子結合成H2O分子。答案：(1)4H + + NO 3 +3e =2H 2O + NOT(2)Al -3e-=Al 3 +(3)Al +4H + +

9、 2NO 3 =Al 3+ + 2H2O + NO T 變大.解析：活潑金屬Al在濃硫酸中鈍化，Cu作負極失去電子成為 Cu2十，電子流向正極，正極上溶液中的H2SO4分子得到電子變?yōu)镠2O 和SO2。由于純硫酸的電離度大于純水的電離度。 而在水參加的電極 反應式中，H2O分子可拆為H +和OH,所以濃硫酸參加的電極反 應式中，H2SO4分子可拆成H +和SO2 ;而依照離子方程式的寫法， 可知在電池反應中H2SO4分子不能拆分為離子。因為電池反應中，H2SO4被消耗，且有H2O生成，所以H2SO4 逐漸變稀，c(H+)逐漸變大，pH逐漸變小，直至濃 H2SO4變成稀 H2SO4, Cu與稀H2SO4不再發(fā)生反應。但這時 Al與稀H2SO4發(fā)生 反應，負極上Al失電子變?yōu)锳l3正極上H+得電子變?yōu)镠2。稀 H2SO4被消耗，c(H+)變小，pH變大。答案：(1)開始：4H+SO2 +2e =2H 2