化學電源燃料電池

關于化學電源燃料電池化學電源第2頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一次電池、二次電池、燃料電池《選修4》p74一次電池：只能使用一次，不能充電復原繼續(xù)使用的化學電池。堿性鋅-錳電池、銀-鋅紐扣電池等二次電池：放電后能充電復原繼續(xù)使用的化學電池。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能直接轉換成電能的化學電池如：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可儲存第3頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、堿性鋅－錳干電池《選修4》p74鋼筒石墨棒Zn粉和KOH的混合物堿性鋅-錳干電池的結構MnO2負極：鋅正極：MnO2電解液：KOH負極（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4頁,共37頁，2024年2月25日，星期天負極（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、酸性）總反應：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O第5頁,共37頁，2024年2月25日，星期天鈕扣電池：不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內靠正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質溶液為濃KOH溶液，已知電池內Zn的氧化產物為ZnO。3、銀-鋅電池（負極-鋅、正極-Ag2O、電解質為KOH）負極：Zn+2OH-－2e-=Zn(OH)2正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-總反應：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

第6頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4、Ni-Cd電池電池

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

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

負極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正極:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-第7頁,共37頁，2024年2月25日，星期天5.海水電池（電解質溶液為海水）負極：4Al-12e-=4Al3+，正極：3O2+6H2O+12e-=12OH-總反應：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3第8頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（6）鉛蓄電池:總電池反應:PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O電極：Pb為負極,PbO2為正極.電解液:H2SO4溶液電極反應式:放電時：為原電池負極(Pb)：Pb(s)＋SO42-(aq)－2e-＝PbSO4(s)

正極(PbO2)PbO2s＋4H

＋aq＋SO42－aq＋2e

＝PbSO4s＋2H2OL充電放電二次電池（可充電電池）：當電池中有2mol電子通過時，消耗硫酸？第9頁,共37頁，2024年2月25日，星期天7.鋰電池（非水有機溶劑電解液）負極：2Li-2e-=2Li+，正極：I2+2e-=2I-，總反應：2Li+I2=2LiI跟其它金屬作負極相比，使用壽命延長，高能、質輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。為什么？與作負極材料的金屬相比較，相同質量時鋰提供電子數(shù)最多。第10頁,共37頁，2024年2月25日，星期天燃料電池第11頁,共37頁，2024年2月25日，星期天三、燃料電池：P77

連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池（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、乙醇等。負極----可燃物；正極----氧氣優(yōu)點：①能量轉化率高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：①輸出電壓低②體積較大③附屬設備多等電極本身不是活性物質，只是一個催化原件第12頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、氫氧燃料電池電極:Pt制作的惰性電極負極a:通入氫氣正極b:通入氧氣電解質:酸性、中性或堿性介質總反應式一定是2H2+Ｏ２=2H2OKOH溶液H2O2H2Oab電解質溶液的酸堿性不同，電極反應式不同第13頁,共37頁，2024年2月25日，星期天1、氫氧燃料電池介質電池反應：

2H2+Ｏ２=2H2O

酸性負極正極中性負極

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

O2+4H++4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-規(guī)律:酸性條件下不能出現(xiàn)OH－，堿性條件下不能出現(xiàn)H＋。第14頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2、甲烷燃料電池②（電解質為KOH）負極：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-總反應：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O思考：甲醇燃料電池（電解質為KOH）負極：CH4-8e-+2H2O=CO2

+8H+正極：2O2+8e-+8H+

=4H2O總反應：CH4+2O2

=CO2+2H2O甲烷燃料電池①（電解質為H2SO4）第15頁,共37頁，2024年2月25日，星期天3、甲醇燃料電池（電解質為KOH）負極：2CH3OH

-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O正極：3O2+12e-+6H2O=12OH-總反應：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O甲醇燃料電池（電解質為H2SO4）負極：2CH3OH

-12e-+2H2O=2CO2+12H+正極：3O2+12e-+12H+

=6H2O總反應：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O第16頁,共37頁，2024年2月25日，星期天一種新型燃料電池，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，其總反應為：2C2H6+7O2+8KOH＝4K2CO3+10H2O，有關此電池的推斷正確的是（）A．負極反應為：14H2O+7O2+28e－=28OH－B．放電一段時間后，負極周圍pH升高C．每消耗1molC2H6，則電路上轉移電子為14molD．放電過程中KOH的物質的量濃度不變C

練一練第17頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4、熔融鹽為電解質---燃料電池

是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學電池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達國家己接近民用工業(yè)化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同，有多個不同的品種，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熔融物為電解質，一極通入CO，另一極通入CO2和O2，組成燃料電池。負極：2CO－4e-＋2CO32-=4CO2正極：O2＋4e－＋2CO2=2CO32-總反應：2CO+2O2

=2CO2第18頁,共37頁，2024年2月25日，星期天例：一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入甲烷氣體；電解質是摻雜氧化釔

Y2O3

的氧化鋯

ZrO2

晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導O2

。5、熔融氧化物為電解質---燃料電池

負極：CH4-8e-+4O2

=CO2

+2H2O正極：2O2+8e-=4O2

總反應：CH4+2O2

=CO2+2H2O第19頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（08寧夏卷）一種燃料電池中發(fā)生的化學反應為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發(fā)生的反應是（）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1第20頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2.有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是()①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-②負極上CH4失去電子，電極反應式：

CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③正極上是O2獲得電子，電極反應式為：

O2+2H2O+4e-=4OH-④電池放電后，溶液pH升高

A.①②③B.①③④C.①②④D.①②③④A第21頁,共37頁，2024年2月25日，星期天3.氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：

1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2據(jù)此反應判斷，下列敘述中正確的是（）A.電池放電時，負極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時，鎳元素被氧化C.電池充電時，氫元素被還原 D.電池放電時，H2是負極CD第22頁,共37頁，2024年2月25日，星期天【小結】書寫燃料電池電極反應式一般分為三步：第一步，先寫出燃料電池的總反應方程式；第二步，再寫出燃料電池的正極反應式；第三步，在電子守恒的基礎上用燃料電池的總反應式減去正極反應式即得到負極反應式。注意：溶液的酸堿性第23頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4、燃料電池（1）寫出正確的燃燒反應化學方程式并找出兩極放電的物質，負氧正還；（2）根據(jù)電解液（如溶液的酸堿性）改寫燃料電池總反應；（3）寫出正極的電極反應式；（4）由燃料電池總反應式減去正極的電極反應式得到負極的電極反應式。第26頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第一步，燃料電池總反應方程式的書寫根據(jù)燃料燃燒反應寫出燃料電池的總反應方程式#若是氫氧燃料電池，其電池總反應方程式不隨電解質的狀態(tài)和電解質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，其電池總反應方程式就與電解質的狀態(tài)和電解質溶液的酸堿性有關，要考慮燃燒反應后產物是否與電解質發(fā)生反應

第27頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第二步，燃料電池正極反應式的書寫正極反應的本質都是O2得電子生成O2-離子，故正極反應式的基礎都是O2＋4e-=2O2-

⑴電解質為酸性電解質溶液（如稀硫酸）O2-離子結合H+離子生成H2O正極反應式為O2＋4H++4e-=2H2O

⑵電解質為中性或堿性電解質溶液(如NaCl溶液或NaOH溶液)O2-離子結合H2O生成OH-離子正極反應式為O2＋2H2O+4e-=4OH-

第28頁,共37頁，2024年2月25日，星期天第三步，燃料電池負極反應式的書寫一般燃料電池的負極反應式都是采用間接方法書寫即在電子守恒的基礎上用總反應式減去正極反應式第29頁,共37頁，2024年2月25日，星期天【小結】直接書寫燃料電池負極反應式

（1）寫出氧化還原的基本框架（正極：氧化劑和還原產物；負極：還原劑和氧化產物）（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H+和OH-

配平電荷數(shù)（4）根據(jù)元素守恒配H2O第30頁,共37頁，2024年2月25日，星期天4.銀鋅電池（電解質為KOH）5.海水電池（電解質溶液為海水）負極：4Al-12e-=4Al3+，正極：3O2+6H2O+12e-=12OH-總反應：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3負極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-

總反應：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag第31頁,共37頁，2024年2月25日，星期天（09年海南化學·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。電池的總反應可表示為：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。請回答下列問題：（1）電池的負極材料為

，發(fā)生的電極反應為

；（2）電池正極發(fā)生的電極反應為

；（3）SOCl2易揮發(fā)，實驗室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，實驗現(xiàn)象是

，反應的化學方程式為

；（4）組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進行，原因是

。Li－2e－=Li＋（2分）鋰2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO2（2分）出現(xiàn)白霧，有刺激性氣體生成SOCl2＋H2O=SO2↑＋2HCl↑（3分）鋰是活潑金屬，易與H2O、O2反應；SOCl2也可與水反應（2分）高考題再現(xiàn)第32頁,共37頁，2024年2月25日，星期天2010浙江9.Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池，該電池中正極的電極反應式為：2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe有關該電池的下列中，正確的是A.Li-Al在電池中作為負極材料，該材料中Li的化合價為+1價B.該電池的電池反應式為：2Li+FeS＝Li2S+FeC.負極的電極反應式為Al-3e-=Al3+[來D.充電時，陰極發(fā)生的電極反應式為：

C高考題再現(xiàn)第33頁,共37頁，2024年2月25日，星期天練習6、高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應為：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列敘述不正確的是

A.放電時負極反應為：Zn－2e

＋