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第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
1、能例举常见的吸热反应和放热反应，能认识化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。
2、能从物质及能量变化的角度评价燃料的使用价值。
3、能认识到化学能可以转化为电能；能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
4、能举例说明化学电源对提高生活质量的意义。
学习目标
摇摇冰
硝酸铵和水
生石灰和水
黑色铁粉+空气
一拉热
结论：化学反应过程中伴随着能量变化
生活中的化学反应和能量的变化
1、化学反应中的两类变化
(1)物质变化：
(遵循守质量恒原理)
(2)能量变化：
(遵循守能量恒原理)
有新物质生成
吸收/释放能量
一、化学反应与热能
2、化学能与热能转化的实验探究
(1)教材P32·实验6 1：镁条与盐酸反应的能量变化
在一支试管中加入2 mL 2 mol/L 盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，观察现象，并测量溶液温度的变化。
实验现象：
实验结论：
镁条溶解，表面产生大量气泡；温度计示数变大。
该反应向外界放出热量，将化学能→热能
一、化学反应与热能
2、化学能与热能转化的实验探究
(2)教材P33·实验6 2：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化
将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl在烧杯中混合，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯。观察现象。
一、化学反应与热能
一、化学反应与热能
2、化学能与热能转化的实验探究
(2)教材P33·实验6 2：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化
实验现象：
实验结论：
刺激性气味气体：有NH3生成；该反应向外界吸收热量，将热能→化学能；呈糊状：有H2O生成。
有刺激性气味气体产生，烧杯壁变凉，玻璃片与烧杯底部黏结在一起，烧杯内混合物呈糊状。
Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl＝BaCl2＋10H2O＋2NH3↑
一、化学反应与热能
3、放热反应与吸热反应
(1)概念
放热反应：
吸热反应：
把释放热量的化学反应称为放热反应
把吸收热量的化学反应称为放热反应
注：吸热反应和放热反应均属于化学反应，一些物质溶于水，也会有吸热和放热现象(浓H2SO4、NaOH等溶于水要放热；NH4NO3、KNO3、NH4Cl等溶于水要吸热)但不能说是放热反应和吸热反应。
一、化学反应与热能
3、放热反应与吸热反应
(2)常见的放热反应和吸热反应
①常见的放热反应
Ⅰ、大多数化合反应；
Ⅱ、所有的燃烧反应及缓慢氧化(如食物的腐败)；
Ⅲ、酸碱中和反应；
Ⅳ、活泼金属与酸或水的反应；
Ⅴ、少数分解反应(如H2O2的分解) 。
一、化学反应与热能
3、放热反应与吸热反应
(2)常见的放热反应和吸热反应
②常见的吸热反应
Ⅰ、大多数分解反应
Ⅱ、少数化合反应(如：C＋CO2→CO)
Ⅲ、Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl＝BaCl2＋10H2O＋2NH3↑
NaHCO3＋HCl＝NaCl＋H2O＋CO2↑
Ⅳ、C＋H2O(g)→CO＋H2
一、化学反应与热能
练、思考以下几个问题：
(1)需要加热的反应一定就是吸热反应吗？反应条件和反应吸放热是否有必然的联系？
(2)能自发(自动发生)进行的化学反应一定是放热反应吗？
(1)需加热的反应不一定就是吸热反应，需要加热才能进行的反应也可以是放热反应，如燃烧反应。只有那些需要持续加热才能维持的反应才是吸热反应。因此反应条件(加热)和反应吸放热没有必然的联系。
(2)能自发进行的反应不一定是放热反应，
如：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应在常温下可自发进行
一、化学反应与热能
练、既是氧化还原反应，又是吸热反应的是( )
A. 铝片与稀盐酸的反应
B. Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应
C. 灼热的炭与CO2的反应
D. 甲烷在氧气中的燃烧反应
C
一、化学反应与热能
4、微观角度：化学键的断裂与形成(微观探析)
思考：化学反应过程中为什么会有能量变化？
(1)化学反应的本质是什么？
(以H2在Cl2中燃烧为例)
H2 ＋ Cl2 === 2HCl
点燃
H ＋ Cl
··
··
··
·
·
H H Cl Cl H Cl
断 开
断 开
H Cl
··
··
··
·
·
形 成
本质：旧化学键的断裂，新化学键的形成
一、化学反应与热能
(2)化学反应中能量变化的主要原因
4、微观角度：化学键的断裂与形成
H2 ＋ Cl2 === 2HCl
点燃
H ＋ Cl
··
··
··
·
·
H H Cl Cl H Cl
断 开
断 开
H Cl
··
··
··
·
·
形 成
吸收能量
释放能量
能量变化的主要原因：化学键的断裂和形成
一、化学反应与热能
(3)从化学键的观点来分析能量的变化
键能：在25oC、101KPa条件下，形成1mol化学键时释放的能量或断开1mol化学键所吸收的能量叫做键能
实验测得：在25oC、101KPa条件下，将1molH2变为2molH原子需吸收436kJ能量，而2molH原子变成1molH2放出436kJ能量，这个能量就是H H的键能
4、微观角度：化学键的断裂与形成
一、化学反应与热能
某些化学键的键能(kJ/mol)
化学键 键能 化学键 键能
H H 436 C H 415.0
Cl Cl 242.7 O H 462.8
Br Br 193.7 N H 390.8
I I 152.7 H Cl 431.8
C C 347.7 H I 298.7
规律：键能越大
化学键越牢固
物质越稳定
对于某个确定的化学反应，如何判断它是放热反应还是吸热反应呢？
取决于：断键所吸收的总能量与成键所释放的总能量的相对大小
一、化学反应与热能
吸收：436＋243＝679kJ
释放：431×2＝862kJ
反应放热：862kJ 679kJ=183 kJ
一、化学反应与热能
已知：1molH2与1molCl2生成2molHCl同时放出183kJ能量
反应历程
能量
(kJ/mol)
1molH2与1molCl2的能量
2molH与2molCl的能量
2molHCl的能量
断开1molH H键和Cl Cl键吸收的能量
形成2molH Cl
键放出的能量
能量差183kJ/mol
一、化学反应与热能
4、宏观角度：反应物和生成物的总能量(宏观辩析)
类比法
水由高处向低处流要释放能量(势能→动能)
水的流向
反应物总能量
放出
能量
生应物总能量
＝ ＋
结论1：放热反应反应物的总能量﹥生成物的总能量
反应物的总能量高
生成物的总能量低
化学反应
释放能量
一、化学反应与热能
4、宏观角度：反应物和生成物的总能量
类比法
将水由低处抽向高处需提供能量
(电能→机械能→势能)
反应物总能量
吸收
能量
生应物总能量
═ ＋
结论2：吸热反应反应物的总能量﹤生成物的总能量
生成物的总能量高
反应物的总能量低
化学反应
吸收能量
一、化学反应与热能
4、宏观角度：反应物和生成物的总能量
反应物总能量
生成物总能量
反应过程
放出能量
能
量
放热反应的能势图
反应物总能量
生成物总能量
反应过程
吸收能量
能
量
吸热反应的能势图
一、化学反应与热能
小结：一个反应是放热反应还是吸热反应取决于
1、微观角度：化学键的断裂与形成
(1)断键吸收总能量>成键释放总能量，吸热反应
(2)断键吸收总能量<成键释放总能量，放热反应
2、宏观角度：反应物和生成物的总能量
(1)若E反> E生，放出能量，放热反应
(2)若E反< E生，吸收能量，吸热反应
一、化学反应与热能
练、已知：物质储存能量越高越不稳定
根据下列反应:
C(金刚石，s)＋O2(g)＝CO2(g)；放出能量Q1，
C(石墨，s)＋O2(g)＝CO2(g)；放出能量Q2，
已知：Q1 >Q2，则稳定性金刚石_____石墨。
提示：试画出两个反应的能势图
<
小结：键能越大，越稳定；能量越低越稳定
一、化学反应与热能
5、人类对能源的利用及能源现状
(1)人类对化学反应中热能的利用——燃烧
发现
早期
现代
始于火的发现
以树枝杂草为主要能源
以煤、石油和天然气为主要能源
一、化学反应与热能
5、人类对能源的利用及能源现状
人类利用能源的三个阶段：柴草时期、化石能源时期和多能源结构时期
(2)利用最多的化石燃料面临的两个亟待解决的问题
2015年我国能源消费构成图
64%
18%
6%
12%
①其短期内不可再生，储量有
限，随着能源消费需求的不断增加，能源消费量与储量之间的矛盾日益突显；
②煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
一、化学反应与热能
5、人类对能源的利用及能源现状
(3)节能减排、寻找清洁的新能源
①节能：主要是充分有效地利用资源
如：在燃料利用过程中主要两个环节：一是燃料燃烧阶段，提高燃料的燃烧效率；二是能量利用阶段，提高能源利用率。
②理想的新能源应具有资源丰富、可以再生、对环境无污染的特点。
如：太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等
一、化学反应与热能
随着科技的发展和社会的进步，各种各样的电器不断进入现代社会，丰富和方便了我们的生活、学习和工作。
火电74%
水电19%
核电3%
风电3%
其他1%
2015年我国电力生产量构成图
使用电器都需要电能。电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种能源。我们日常使用的电能主要来自火力发电。
新课导入
1、火力发电——化学能间接转化为电能
(1)火力发电的原理
通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。
二、化学反应与电能
1、火力发电——化学能间接转化为电能
(2)能量转化过程
化学能 热能 机械能 电能
蒸汽轮机
燃料
燃烧
发电机
(3)火力发电的弊端
①化石燃料属于不可再生资源，会造成能源危机；
②能量经过多次转化，利用率低，能量损失大；
③产生烟尘和废气，造成空气污染。
？
化学电池
二、化学反应与电能
2、原电池
(1)教材P36·实验6 3：原电池原理实验探究
①将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。
②用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。
③用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。
二、化学反应与电能
实验装置
实验现象
实验结论
Zn
稀H2SO4
Cu
Zn
稀H2SO4
Cu
A
Zn
稀H2SO4
Cu
实验6 3：原电池原理实验探究
实验6 3：原电池原理实验探究
实验装置
实验现象
实验结论
Zn
稀H2SO4
Cu
Zn
稀H2SO4
Cu
A
锌片：逐渐溶解，有气泡产生；
铜片：无明显现象
锌片：逐渐溶解
铜片：有气泡产生
锌片：逐渐溶解
铜片：有气泡产生
电流表：指针发生偏转
Zn
稀H2SO4
Cu
锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应
锌与稀硫酸发生反应，铜片上产生H2
物质在发生化学反应的同时产生了电流，即化学能转化为电能
实验6 3：原电池原理实验探究
(1)教材P36·实验6 3：原电池原理实验探究
现象：锌片溶解，铜片上有气泡，电流表指针偏转
Zn
稀H2SO4
Cu
A
锌片：Zn → Zn2＋
铜片：H＋ → H2↑
e
＋e
①用导线将锌表面的电子引出来
②Cu起传导电子的作用
③稀硫酸溶液中离子定向移动，形成闭合回路
二、化学反应与电能
(1)教材P36·实验6 3：原电池原理实验探究
内电路离子的定向移动
Cu
Zn
-
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Zn2+
H+
SO42-
静电作用
Zn 2e ＝Zn2＋
2H＋＋2e ＝H2↑
原电池
外电路电子的定向移动
二、化学反应与电能
(2)原电池的概念：
(3)原电池的本质：
把化学能转化为电能的装置
氧化还原反应
电极材料 电极反应式 反应类型 电极名称
Zn片
Cu片
总反应式
Zn
稀H2SO4
Cu
A
Zn 2e ＝Zn2＋
2H＋＋2e ＝H2↑
Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑
负极
正极
还原反应
氧化反应
负极：发生氧化反应，是电子流出(流向正极)的一极；
正极：发生还原反应，是电子流入(来自负极)的一极。
二、化学反应与电能
(4)原电池的构成条件
二、化学反应与电能
(4)原电池的构成条件
思考：若将Zn Cu原电池中的Cu片换成石墨棒，还能形成原电池吗？
二、化学反应与电能
(4)原电池的构成条件
①能自发进行的氧化还原反应
H2SO4
Ag Zn
二、化学反应与电能
(4)原电池的构成条件
①能自发进行的氧化还原反应
②两个能导电的电极
一般为两种活动性不同的金属，或金属与能导电的非金属。
H2SO4
Zn Cu
H2SO4
Zn Zn
二、化学反应与电能
(4)原电池的构成条件
①能自发进行的氧化还原反应
②两个能导电的电极
③构成闭合电路
Zn Cu
Zn Cu
稀硫酸
稀硫酸
二、化学反应与电能
(4)原电池的构成条件
①能自发进行的氧化还原反应
②两个能导电的电极
③构成闭合电路
④要有电解质溶液(或熔融盐)
简记：两极一液一线一反应
酒精
Zn Cu
二、化学反应与电能
(5)原电池正、负极的判断
电极材料
电极反应
电子流向
电极现象
离子移向
判
断
为
负
极
判
断
为
正
极
不活泼金属或非金属
活 泼 金 属
氧 化 反 应
还 原 反 应
电 子 流 出
电 子 流 入
不 断 溶 解
质 量 减 小
质 量 增 大
有气体放出
阴离子移向
阳离子移向
注意：原电池的正负极与电极材料、电解质溶液有关
口诀：
＋＋－－
二、化学反应与电能
练、写出原电池的电极反应式和总反应式
总反应式：
负极：
正极：
Fe 2e ＝Fe2＋
Cu2＋＋2e ＝Cu
Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu
CuSO4
G
Fe Cu/C
二、化学反应与电能
(6)原电池电极反应式的书写
列物质标得失
判断电极反应产物，找出得失电子总数
看环境配守恒
电极产物在电解质溶液中应稳定存在，依据电解质溶液的酸碱性，选对应离子使电极反应式电荷守恒，巧用水使原子守恒。
两式加验总式
两式相加，与总式对照
技巧：复杂的电极反应式＝总式 简单的电极反应式
二、化学反应与电能
练、写出原电池的电极反应式和总反应式
①总反应式：
______________________________________
②正极反应式：
________________________________
③负极反应式：______________
Cu＋4H＋＋2NO3 ＝Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
Cu 2e ＝Cu2＋
2NO3 ＋4H＋＋2e ＝2NO2↑＋2H2O
Zn Cu
浓硝酸
二、化学反应与电能
练、写出原电池的电极反应式和总反应式
①总反应式：
________________________________
②正极反应式：
________________________
③负极反应式：
______________________________
Mg Al
NaOH溶液
2Al＋2OH ＋2H2O＝2AlO2 ＋3H2↑
6H2O＋6e ＝3H2↑＋6OH
2Al＋8OH 6e ＝2AlO2 ＋4H2O
二、化学反应与电能
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn 2e ＝Zn2＋
2H＋＋2e ＝H2↑
氧化反应
还原反应
负极
正极
外电路中电子沿导线由负极流向正极
失去电子
溶液中阳离子得到电子
SO42
活泼金属
不活泼金属或石墨
电解质溶液中
阳离子移向正极
阴离子移向负极
电子不下水
离子不上岸
二、化学反应与电能
3、原电池的应用
(1)加快化学反应的速率
Fe
Cu
H2SO4
Fe
Cu
H2SO4
如：①实验室常用粗锌与稀硫酸反应制H2；
②若用纯锌与稀硫酸反应制备H2时，常常加入少许CuSO4溶液。
二、化学反应与电能
A. B. C. D.
练、将少量的A、B两等份锌粉装入试管中，分别加入足量的等浓度、等体积的稀硫酸中，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如下图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是( )
0 t/min
V/L
A
B
0 t/min
V/L
A
B
0 t/min
V/L
A
B
0 t/min
V/L
A
B
二、化学反应与电能
原电池中，一般由金属组成的原电池，相对活泼的金属作负极，质量减轻；相对不活泼金属作正极；有物质析出。
3、原电池的应用
(2)比较金属的活动性强弱
二、化学反应与电能
练、X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：
则这四种金属的活泼性强弱顺序为：_____________
Z＞Y＞X＞W
二、化学反应与电能
练、把Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋设计成原电池，可用____作负极，______作正极，__________作电解质溶液。
FeCl3溶液
Fe
铜或
石墨
Fe
铜(或C)
FeCl3溶液
3、原电池的应用
(3)设计原电池：
能与电解质溶液反应的是负极，正极不参与反应，提供反应场所。
二、化学反应与电能
练、依据氧化还原反应2H＋+Mg＝Mg2＋+H2↑设计的原电池如图所示，下列说法不正确的是(　 )
A. 电子从X电极经导线流向Ag电极
B. 电解质溶液Y是H2SO4溶液
C. 当外电路中有0.2 mol电子经过导线时Ag电极周围有2.24 L H2生成
D. 电解质溶液中的阴离子移向X极
X
Ag
Y
C
二、化学反应与电能
1、简易电池的设计与制作——水果电池
二、化学反应与电能
1、简易电池的设计与制——超级柠檬电池
二、化学反应与电能
2、化学电池的发展
干电池
锌锰酸性干电池
锌锰碱性干电池
一次电池
二次电池
蓄电池
铅蓄电池
镍镉碱性蓄电池
镍氢碱性蓄电池
锂离子电池
燃料电池
氢氧燃料电池
有机物燃料电池
二、化学反应与电能
①普通锌锰干电池
(1)常见的一次电池
负极：Zn–2e ＝Zn2＋
正极：2NH4＋＋2e ＋2MnO2＝
2NH3＋Mn2O3＋H2O
总反应： Zn＋2MnO2＋2NH4＋＝
Zn2＋＋2NH3＋Mn2O3＋H2O
缺点：放电后电压不稳定、锌筒会逐渐变薄漏液
二、化学反应与电能
②碱性锌锰干电池
(1)常见的一次电池
改进措施：酸性NH4Cl→碱性KOH (降低自放电)
负极：锌片→锌粉(反应面积增大电流大幅度提高)
二、化学反应与电能
②碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O＝
Zn(OH)2＋2MnOOH
负极：
正极：
Zn–2e ＋2OH ＝Zn(OH)2
2H2O＋2e ＋2MnO2＝
2OH ＋2MnOOH
二、化学反应与电能
③银锌电池(纽扣电池)
总反应：
Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn(OH)2＋2Ag
Zn–2e ＋2OH ＝Zn(OH)2
Ag2O＋2e ＋H2O＝2Ag＋2OH
负极：
正极：
二、化学反应与电能
①铅蓄电池(最早使用的二次电池)
(2)常见的二次电池
电极材料
正极：_______、负极：_____
电解质溶液：__________
Pb
PbO2
H2SO4溶液
总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
放电
充电
优点：价格低廉，原料易得，电压稳定，使用安全可靠，可再次充电。
二、化学反应与电能
负极：
正极：
Pb–2e ＋SO42 ＝PbSO4
PbO2＋4H＋＋SO42 ＋2e ＝PbSO4＋2H2O
①铅蓄电池(最早使用的二次电池)
(2)常见的二次电池
已知：PbSO4不溶于水、也不溶于酸
总反应：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
放电
充电
二、化学反应与电能
练、铅蓄电池在放电过程中当消耗0.2 mol H2SO4时，电路中有____mol e 转移，此过程中负极板_______(“增加”、“减小”或“不变”)_____ g。
分析:
PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
放电
充电
~2e
0.2
电子就是酸
负极: Pb–2e ＋SO42 ＝PbSO4
2mole m↑ 96
增加
9.6
二、化学反应与电能
②镍氢电池：
(2)常见的二次电池
负极是储氢材料，通常MH(注意：其中各元素化合价均视为0)表示，如LaNi5H6(H嵌入储氢合金LaNi5晶格之中)；电解液通常是30%的KOH水溶液。
总反应：MH＋NiOOH Ni(OH)2＋M
放电
充电
负极：
正极：
MH–e ＋OH ＝M＋H2O
NiOOH＋e ＋H2O＝Ni(OH)2＋OH
二、化学反应与电能
③锂离子电池：
(2)常见的二次电池
采用不同的储锂化合物为正负极材料构成电池。当电池循环工作时，锂离子(Li＋)在正负极材料间交换。
放电时
充电时
蜂巢A(负极)
蜂巢B(正极)
将锂离子电池的工作原理与蜜蜂在蜂巢间的迁移进行类比
放电
充电
LixC6＋Li1-xCoO2 6C＋LiCoO2
二、化学反应与电能
(3)燃料电池
燃料电池是一种将燃料(和氧化剂)的化学能连续的转换为电能得装置。与普通电池比较，燃料电池具有较高的能量转化效率。燃料电池和其它类型电池最本质的区别在于反应物供应方式不同。对于燃料电池，燃料和氧化剂可以根据需要从外部源源不断连续供给，只要有活性物质供应给电极，燃料电池就会产生电能。
二、化学反应与电能
(3)燃料电池：
①电极是用镍、银、钯、铂等金属粉末压制成可以透过气体的多孔又可导电的特殊材料制作的；
②燃料(如：H2、N2H4、CO、CH4、C2H2等)和氧化剂(通常是O2)分别从负级和正极的外侧不断地通过电极里的微孔进入电池体系，并分别在各自的电极上受到电极材料的催化而发生氧化和还原反应，同时产生电流。
二、化学反应与电能
(3)燃料电池：
③燃料电池分类 (依据介质种类)
燃料
氧气
介质
有可传导的离子
酸性介质
可传导H＋
碱性介质
可传导OH
固体氧化物
可传导O2
熔融碳酸盐
可传导CO32
二、化学反应与电能
(3)燃料电池——氢氧燃料电池
电解质 电极反应式
酸性电解质 (可传导H＋) 负极
正极
碱性电解质 (可传导OH ) 负极
正极
4e
基本原理：2H2 ＋ O2 ＝ 2H2O
2H2 4e ＝4H＋
O2＋4e ＋4H＋＝2H2O
2H2 4e ＋4OH ＝4H2O
O2＋4e ＋2H2O＝4OH
二、化学反应与电能
电解质 电极反应式
固体氧化物(可传导O2 ) 负极
正极
熔融碳酸盐(可传导CO32 ) 负极
正极
2H2 4e ＋2O2 ＝2H2O
O2＋4e ＝2O2
2H2 4e +2CO32 ＝2H2O+2CO2
O2＋4e ＋2CO2＝2CO32
二、化学反应与电能
(3)燃料电池——氢氧燃料电池
4e
基本原理：2H2 ＋ O2 ＝ 2H2O
(3)燃料电池——甲烷燃料电池
电解质 电极反应式
酸性电解质 (可传导H＋) 负极
正极
碱性电解质 (可传导OH ) 负极
正极
8e
基本原理：CH4 ＋ 2O2 → CO2 ＋ 2H2O
碱性介质：C→CO32 ，其他介质：C→CO2
CH4 8e ＋2H2O＝CO2＋8H＋
O2＋4e ＋4H＋＝2H2O
CH4 8e ＋10OH ＝CO32 ＋7H2O
O2＋4e ＋2H2O＝4OH
二、化学反应与电能
电解质 电极反应式
固体氧化物(可传导O2 ) 负极
正极
熔融碳酸盐(可传导CO32 ) 负极
正极
CH4 8e ＋O2 ＝CO2＋2H2O
O2＋4e ＝2O2
CH4 8e ＋CO32 ＝5CO2＋2H2O
O2＋4e ＋2CO2＝2CO32
二、化学反应与电能
(3)燃料电池——甲烷燃料电池
8e
基本原理：CH4 ＋ 2O2 → CO2 ＋ 2H2O
碱性介质：C→CO32 ，其他介质：C→CO2
练、将反应C2H8N2＋2N2O4＝2CO2＋3N2＋4H2O设计成燃料电池，其电极反应为
负极：_____________________________________
正极：_____________________________________
C2H8N2–16e ＋4H2O＝2CO2＋N2＋16H＋
2N2O4＋16e ＋16H＋＝2N2＋8H2O
二、化学反应与电能
类型 反应式 pH变化
酸性 燃料电池 总反应: 2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O
正极: O2＋4e ＋4H＋＝2H2O
负极: CH3OH 6e ＋H2O＝CO2↑＋6H＋
碱性 燃料电池 总反应: 2CH3OH＋3O2＋4OH ＝2CO32 ＋6H2O
正极: O2＋4e ＋2H2O＝4OH
负极: CH3OH 6e ＋8OH ＝CO32 ＋6H2O
增大
减小
增大
增大
减小
减小
口诀: 正增负减
分析：正、负极区及电解质溶液pH变化
二、化学反应与电能
练、乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电，电池总反应: C2H5OH＋3O2＝2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A. 电池工作时，质子向电池的负极迁移
B. 电池工作时，电子由b极沿导线流向a极
C. a极上发生的电极反应:
C2H5OH＋3H2O＋12e ＝2CO2＋12H＋
D. b极上发生的电极反应:
4H＋＋O2＋4e ＝2H2O
D
乙醇
氧气
质子
质子交换膜
a b
二、化学反应与电能

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