高中化學(xué)選修四燃料電池

燃料電池精選課件

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。氫氧燃料電池酸性電解質(zhì)：堿性電解質(zhì)負(fù)極:2H2-4e-+4OH-==4H2O正極:O2+2H2O+4e-==4OH-總反應(yīng):2H2+O2==2H2O負(fù)極：2H2-4e-==4H+正極：O2+4H++4e-==2H2O總反應(yīng)：2H2+O2==2H2O[閱讀]P77-78了解燃料電池的優(yōu)點(diǎn)精選課件燃料電池的規(guī)律①燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極②電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。③能量轉(zhuǎn)化率高(超過(guò)80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。燃料電池與前幾種電池的差別：①氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充；②反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出精選課件燃料電池電極反應(yīng)式的書寫第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；三步：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。精選課件

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)溶液的酸堿性變化而變化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素（或硫元素）的可燃物，其電池總反應(yīng)方程式就與電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)，如甲烷燃料電池酸性電解質(zhì)中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；堿性電解質(zhì)中生成CO32-離子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。

第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；精選課件C2H5OH+4OH-+3O2=2CO32-+5H2OC2H5OH+3O2=2CO2+3H2O2CH3OH+4OH-+3O2=2CO32-+6H2O2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2H2S+3O2+4OH-=2SO32-+4H2O2H2S+3O2=2SO2+2H2O2CO+O2+4OH-=2CO32-+2H2O2CO+O2=2CO2CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O2H2+O2=2H2O燃料種類第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；H2CH4COH2SCH3OHCH3CH2OH電解質(zhì)溶液的酸堿性電池總反應(yīng)方程式酸堿堿堿酸酸酸堿酸堿精選課件第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；

燃料電池正極反應(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O2＋4e-=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。這是非常重要的一步?，F(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的四種情況歸納如下。

精選課件

⑴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

O2＋4H++4e-=2H2O。

⑵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

O2＋2H2O+4e-=4OH-。

第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；精選課件⑶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)存在，

O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為

O2＋2CO2+4e-=2CO32-。

第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；

⑷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(guò)，故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O2＋4e-=2O2-。精選課件第三步，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。例如：甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液總反應(yīng)式：CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O正極反應(yīng)式：O2＋2H2O+4e-=4OH-。減去正極反應(yīng)物氧氣2O2＋4H2O+8e-=8OH-。CH4+10OH-+8e-=CO32-+7H2O負(fù)極反應(yīng)式：精選課件例1、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(wèn)題：

⑴這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是

。⑵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

。⑶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

。⑷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

。2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O3O2+12H++12e-=6H2O2CH3OH+2H2O－12e-=2CO2↑+12H+正負(fù)極污染較小精選課件例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(shuō)法不正確的是（）A、負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2OB、正極反應(yīng)式為O2＋2H2O+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答案：C精選課件例3、某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-

）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問(wèn)題：⑴寫出該燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式。⑵寫出該燃料電池的電極反應(yīng)式。⑶為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是什么，它從哪里來(lái)？⑴2C4H10+13O2=8CO2+10H2O⑵正極：O2＋2CO2+4e-=2CO32-，

⑶CO2

從負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物中來(lái)負(fù)極：2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O精選課件例4、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；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-。下列對(duì)該燃料電池說(shuō)法正確的是A.在熔融電解質(zhì)中，O2-由負(fù)極移向正極B.電池的總反應(yīng)是：2C4H10＋13O2=8CO2＋10H2OC.通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O2＋4e-＝2O2-

D.通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：

C4H10＋26e-＋13O2-＝4CO2＋5H2OB、C精選課件例5、我國(guó)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：；

正極的電極反應(yīng)式為：