化學(xué)電源燃料電池PPT資料

化學(xué)電源(diànyuán)燃料電池第一頁(yè)，共30頁(yè)。一次電池(diànchí)、二次電池(diànchí)、燃料電池(diànchí)《選修4》p74一次電池：只能使用一次，不能充電復(fù)原(fùyuán)繼續(xù)使用的化學(xué)電池。堿性鋅-錳電池、銀-鋅紐扣電池等二次電池：放電后能充電復(fù)原繼續(xù)(jìxù)使用的化學(xué)電池。如鉛蓄電池、氫鎳電池、鋰電池等。燃料電池：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)電池如：氫氧燃料電池、CH4、乙醇燃料電池等電池優(yōu)劣的判斷：P74①比能量（W·h)/kg,(W·h)/L）②比功率(W/kg,W/L)③可儲(chǔ)存第二頁(yè)，共30頁(yè)。該電池的電池反應(yīng)式為：2Li+FeS＝Li2S+Fe書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式一般分為三步：出現(xiàn)白霧，有刺激性氣體(qìtǐ)生成4、熔融鹽為電解質(zhì)---燃料電池

是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家己接近民用工業(yè)化水平。氫鎳電池的總反應(yīng)式是：B．放電一段時(shí)間后，負(fù)極周圍pH升高正極(zhèngjí)：2O2+8e-=4O2有人設(shè)計(jì)出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極(diànjí)在KOH溶液中構(gòu)成原電池。負(fù)極：2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+銀鋅電池(diànchí)（電解質(zhì)為KOH）Cd+2NiO(OH)+2H2O==2Ni(OH)2+Cd(OH)2＝PbSO4s＋2H2OL總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI燃料電池(ránliàodiànchí)銀鋅電池(diànchí)（電解質(zhì)為KOH）＝PbSO4s＋2H2OL1、堿性(jiǎnxìnɡ)鋅－錳干電池《選修4》p74鋼筒石墨棒Zn粉和KOH的混合物堿性鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)MnO2負(fù)極(fùjí)：鋅正極：MnO2電解液：KOH負(fù)極（鋅）：Zn+2OH-–2e-Zn(OH)2正極（石墨）：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-總：Zn+2MnO2+2H2O＝2MnOOH+Zn(OH)2PH?PH減小PH增加(zēngjiā)電池總PH不變注意：堿性環(huán)境不能出現(xiàn)H+酸性環(huán)境不能出現(xiàn)OH-第三頁(yè)，共30頁(yè)。負(fù)極(fùjí)（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+，正極（石墨）:2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O2、干電池（NH4Cl糊狀物為電解質(zhì)、酸性(suānxìnɡ)）總反應(yīng)(fǎnyìng)：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O第四頁(yè)，共30頁(yè)。鈕扣電池：不銹鋼制成一個(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端(yīduān)填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端(yīduān)填充鋅汞合金作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，已知電池內(nèi)Zn的氧化產(chǎn)物為ZnO。3、銀-鋅電池(diànchí)（負(fù)極-鋅、正極-Ag2O、電解質(zhì)為KOH）負(fù)極(fùjí)：Zn+2OH-－2e-=Zn(OH)2正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

第五頁(yè)，共30頁(yè)。4、Ni-Cd電池(diànchí)電池(diànchí)

Ni-Cd電池(diànchí)：Cd+2NiO(OH)+2H2O==2Ni(OH)2+Cd(OH)2

Ni-Fe電池(diànchí)：Fe+2NiO(OH)+2H2O==2Ni(OH)2+Fe(OH)2

負(fù)極(fùjí)：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正極:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-第六頁(yè)，共30頁(yè)。5.海水電池(diànchí)（電解質(zhì)溶液為海水）負(fù)極(fùjí)：4Al-12e-=4Al3+，正極：3O2+6H2O+12e-=12OH-總反應(yīng)：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3第七頁(yè)，共30頁(yè)。（6）鉛蓄電池:總電池反應(yīng):PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O電極(diànjí)：Pb為負(fù)極,PbO2為正極.電解液:H2SO4溶液電極(diànjí)反應(yīng)式:放電時(shí)：為原電池負(fù)極(Pb)：Pb(s)＋SO42-(aq)－2e-＝PbSO4(s)正極(PbO2)PbO2s＋4H＋aq＋SO42－aq＋2e＝PbSO4s＋2H2OL充電(chōngdiàn)放電(fàngdiàn)二次電池（可充電電池）：當(dāng)電池中有2mol電子通過(guò)時(shí)，消耗硫酸？第八頁(yè)，共30頁(yè)。7.鋰電池（非水有機(jī)溶劑電解液）負(fù)極：2Li-2e-=2Li+，正極(zhèngjí)：I2+2e-=2I-，總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI跟其它金屬作負(fù)極相比(xiānɡbǐ)，使用壽命延長(zhǎng)，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。為什么？與作負(fù)極材料的金屬相比較，相同(xiānɡtónɡ)質(zhì)量時(shí)鋰提供電子數(shù)最多。第九頁(yè)，共30頁(yè)。燃料電池(ránliàodiànchí)第十頁(yè)，共30頁(yè)。三、燃料電池(ránliàodiànchí)：P77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（與一般電池不同？P77）一般的可燃物均可與O2組成燃料電池，如H2、CO、CH4、N2H4、乙醇(yǐchún)等。負(fù)極----可燃物；正極----氧氣優(yōu)點(diǎn)：①能量轉(zhuǎn)化率高②污染小（環(huán)境友好、綠色電站）③裝置可持續(xù)使用燃料缺點(diǎn)：①輸出電壓低②體積較大③附屬設(shè)備多等電極本身(běnshēn)不是活性物質(zhì)，只是一個(gè)催化原件第十一頁(yè)，共30頁(yè)。1、氫氧燃料電池(ránliàodiànchí)電極(diànjí):Pt制作的惰性電極(diànjí)負(fù)極(fùjí)a:通入氫氣正極b:通入氧氣電解質(zhì):酸性、中性或堿性介質(zhì)總反應(yīng)式一定是2H2+Ｏ２=2H2OKOH溶液H2O2H2Oab電解質(zhì)溶液的酸堿性不同，電極反應(yīng)式不同第十二頁(yè)，共30頁(yè)。1、氫氧燃料電池(ránliàodiànchí)介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O酸性負(fù)極正極中性負(fù)極

正極堿性負(fù)極正極2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-規(guī)律:酸性條件(tiáojiàn)下不能出現(xiàn)OH－，堿性條件(tiáojiàn)下不能出現(xiàn)H＋。第十三頁(yè)，共30頁(yè)。2、甲烷(jiǎwán)燃料電池②（電解質(zhì)為KOH）負(fù)極(fùjí)：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-總反應(yīng)：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O思考：甲醇(jiǎchún)燃料電池（電解質(zhì)為KOH）負(fù)極：CH4-8e-+2H2O=CO2

+8H+正極：2O2+8e-+8H+

=4H2O總反應(yīng)：CH4+2O2

=CO2+2H2O甲烷燃料電池①（電解質(zhì)為H2SO4）第十四頁(yè)，共30頁(yè)。3、甲醇(jiǎchún)燃料電池（電解質(zhì)為KOH）負(fù)極：2CH3OH-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O正極(zhèngjí)：3O2+12e-+6H2O=12OH-總反應(yīng)：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O甲醇(jiǎchún)燃料電池（電解質(zhì)為H2SO4）負(fù)極：2CH3OH

-12e-+2H2O=2CO2+12H+正極：3O2+12e-+12H+

=6H2O總反應(yīng)：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O第十五頁(yè)，共30頁(yè)。一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，其總反應(yīng)為：2C2H6+7O2+8KOH＝4K2CO3+10H2O，有關(guān)此電池的推斷正確的是（）A．負(fù)極反應(yīng)為：14H2O+7O2+28e－=28OH－B．放電一段時(shí)間后，負(fù)極周圍pH升高C．每消耗1molC2H6，則電路上轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)電子為14molD．放電過(guò)程中KOH的物質(zhì)的量濃度不變C

練一練第十六頁(yè)，共30頁(yè)。4、熔融鹽為電解質(zhì)---燃料電池

是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家己接近民用工業(yè)化水平。按其所用(suǒyònɡ)燃料或熔融鹽的不同，有多個(gè)不同的品種，如天然氣、CO、---熔融碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能工作。

例：以Li2CO3和Na2CO3熔融(róngróng)物為電解質(zhì)，一極通入CO，另一極通入CO2和O2，組成燃料電池。負(fù)極(fùjí)：2CO－4e-＋2CO32-=4CO2正極：O2＋4e－＋2CO2=2CO32-總反應(yīng)：2CO+2O2

=2CO2第十七頁(yè)，共30頁(yè)。例：一種新型(xīnxíng)燃料電池，一極通入空氣，另一極通入甲烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔Y2O3的氧化鋯ZrO2晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2。5、熔融(róngróng)氧化物為電解質(zhì)---燃料電池負(fù)極：CH4-8e-+4O2=CO2+2H2O正極(zhèngjí)：2O2+8e-=4O2總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O第十八頁(yè)，共30頁(yè)。（08寧夏卷）一種燃料電池(diànchí)中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池(diànchí)負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是（）A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e－B．O2(g)+4H+(aq)+4e－=2H2O(L)C．CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－D．O2(g)+2H2O(1)+4e－=4OH－C例題(lìtí)1第十九頁(yè)，共30頁(yè)。2.有人設(shè)計(jì)出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極(diànjí)在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說(shuō)法正確的是()①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-②負(fù)極上CH4失去電子，電極(diànjí)反應(yīng)式：CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③正極上是O2獲得電子，電極(diànjí)反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e-=4OH-④電池放電后，溶液pH升高A.①②③B.①③④C.①②④D.①②③④A第二十頁(yè)，共30頁(yè)。3.氫鎳電池是近年開(kāi)發(fā)出來(lái)的可充電(chōngdiàn)電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是：1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2據(jù)此反應(yīng)判斷，下列敘述中正確的是（）A.電池放電時(shí)，負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時(shí)，鎳元素被氧化C.電池充電(chōngdiàn)時(shí)，氫元素被還原 D.電池放電時(shí)，H2是負(fù)極CD第二十一頁(yè)，共30頁(yè)?！拘〗Y(jié)】書(shū)寫(xiě)燃料電池電極反應(yīng)式一般分為三步：第一步，先寫(xiě)出燃料電池的總反應(yīng)方程式；第二步，再寫(xiě)出燃料電池的正極反應(yīng)式；第三步，在電子守恒(shǒuhénɡ)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。注意(zhùyì)：溶液的酸堿性第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。4、燃料電池(ránliàodiànchí)（1）寫(xiě)出正確的燃燒反應(yīng)化學(xué)方程式并找出兩極放電的物質(zhì)，負(fù)氧正還；（2）根據(jù)電解液（如溶液的酸堿性）改寫(xiě)燃料電池(ránliàodiànchí)總反應(yīng)；（3）寫(xiě)出正極的電極反應(yīng)式；（4）由燃料電池(ránliàodiànchí)總反應(yīng)式減去正極的電極反應(yīng)式得到負(fù)極的電極反應(yīng)式。第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。第一步，燃料電池總反應(yīng)(fǎnyìng)方程式的書(shū)寫(xiě)根據(jù)燃料燃燒(ránshāo)反應(yīng)寫(xiě)出燃料電池的總反應(yīng)方程式#若是氫氧燃料電池(ránliàodiànchí)，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)，要考慮燃燒反應(yīng)后產(chǎn)物是否與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。第二步，燃料電池正極(zhèngjí)反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)正極反應(yīng)的本質(zhì)(běnzhì)都是O2得電子生成O2-離子，故正極反應(yīng)式的基礎(chǔ)都是O2＋4e-=2O2-⑴電解質(zhì)為酸性(suānxìnɡ)電解質(zhì)溶液（如稀硫酸）O2-離子結(jié)合H+離子生成H2O正極反應(yīng)式為O2＋4H++4e-=2H2O⑵電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液(如NaCl溶液或NaOH溶液)O2-離子結(jié)合H2O生成OH-離子正極反應(yīng)式為O2＋2H2O+4e-=4OH-

第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。第三步，燃料電池負(fù)極(fùjí)反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)一般(yībān)燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式都是采用間接方法書(shū)寫(xiě)即在電子守恒的基礎(chǔ)上用(shànɡyònɡ)總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。【小結(jié)】直接(zhíjiē)書(shū)寫(xiě)燃料電池負(fù)極反應(yīng)式（1）寫(xiě)出氧化還原的基本框架（正極：氧化劑和還原產(chǎn)物(chǎnwù)；負(fù)極：還原劑和氧化產(chǎn)物(chǎnwù)）（2）分析氧化還原的得失電子數(shù)，配平電子數(shù)（3）根據(jù)電荷守恒和溶液酸堿性，通過(guò)H+和OH-配平電荷數(shù)（4）根據(jù)元素守恒配H2O第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。4.銀鋅電池(diànchí)（電解質(zhì)為KOH）5.海水電池(diànchí)（電解質(zhì)溶液為海水）負(fù)極(fùjí)：4Al-12e-=4Al3+，正極：3O2+6H2O+12e-=12OH-總反應(yīng)：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3負(fù)極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-總反應(yīng)：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag第二十八頁(yè)，共30頁(yè)。（09年海南化學(xué)·15）（9分）Li—SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4—SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）電池的負(fù)極材料為，發(fā)生的電