资源简介

(共22张PPT)
常见化学电源(二)
——形形色色的燃料电池
第3课时
第
1
章
　
第
2
节
1.理解常见的氢氧燃料电池的工作原理，并能设计简易氢氧燃料电池。
2.会书写不同介质条件下，燃料电池的电极反应(重、难点)。
学习目标
情境导入
燃料电池城市客车
燃料电池和“超级电容”混合动力客车
燃料电池的供电量易于调节，能适应电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景。
内
容
索
引
目标一　制作简易氢氧燃料电池，并分析其工作原理
目标二　其他新型燃料电池
< 目标一 >
制作简易氢氧燃料电池，并分析其工作原理
1.燃料电池的概念
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
2.燃料电池的特点
(1)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出。
(2)能量转换率高(>80%)，排放的废弃物少。
可共选择的燃料很多，如氢气、烃类、肼、甲醇、氨、煤气等液态或气态燃料。
3.制作简易氢氧燃料电池
设计如表中的装置图，试管A、B中的电极为多孔的石墨惰性电极
电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，切断K1，闭合K2
结论：H2和O2发生原电池反应产生电流
增强导电性
O2
H2
体积大
指针偏转,两试管中气体体积逐渐减小
分析该氢氧燃料电池的工作原理：
电池反应：2H2＋O2===2H2O；
负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O；
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；
离子导体：KOH溶液。
氢氧燃料电池的工作原理
1.燃料电池是目前电池研究的热点之一。某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。
(1)负极是　　　(填“a”或“b”)。
a
(2)b极的电极反应式是　　 　　。
O2+2H2O+4e-===4OH-
(3)标准状况下，消耗11.2 L H2时，转移的电子数为　　　　 。
6.02×1023(或NA)
该原电池负极反应为H2-2e-+2OH-===2H2O，标准状况下消耗11.2 L H2时，转移电子数为6.02×1023
(1)A中，电池内部传导的离子是　 ，负极的电极反应式为　　 　　　　。
(2)B中，电池内部传导的离子是　 ，正极的电极反应式为　　　 　　　　 。
(3)C中，电池内部传导的离子是　　　，正极的电极反应式为　　　 　　　　。
2.下面为3种燃料电池的工作原理示意图。
O2-
H2-2e-+O2-===H2O
H+
O2+4e-+4H+===2H2O
C
O2+4e-+2CO2===2C
< 目标二 >
其他新型燃料电池
1.甲烷燃料电池成本远低于以氢气为燃料的传统燃料电池。
(1)在酸性介质中
负极反应式：　　　　 ；
正极反应式：　　 　　；
总反应式：　 　　　。
(2)在碱性(KOH溶液)介质中
负极反应式：　　 　　；
正极反应式：　　　 　；
总反应式：　 　　　。
CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+
2O2+8H++8e-===4H2O
CH4+2O2===CO2+2H2O
CH4+10OH--8e-===C+7H2O
2O2+4H2O+8e-===8OH-
CH4+2O2+2OH-===C+3H2O
在酸性介质和碱性介质中甲烷燃料电池的总反应不同
酸性条件下，+4价碳元素全部转化为CO2；
碱性条件下，+4价碳元素全部转化为C。
归纳总结
2.一种固体电解质燃料电池的构造示意图如图所示。该电池以稀土金属材料作电极，两极上分别通入CH4和空气，
其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，
它在高温下能传导O2-。
负极反应式：　　　　　　　 　　　　　；
正极反应式：　　　　 　　　；
总反应式：　　　　　　　　　　　。
CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
2O2+8e-===4O2-
CH4+2O2===CO2+2H2O
燃料电池电极反应式书写的方法
第一步：写出燃料电池的总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。
第二步：写出电池的正极反应式
正极反应物一般为氧气得电子，介质不同时其电极反应式有所不同，如：
酸性电解质溶液：O2+4H++4e-===2H2O；
归纳总结
碱性电解质溶液：O2+2H2O+4e-===4OH-；
固体电解质(高温下能传导O2-)：O2+4e-===2O2-；
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2+2CO2+4e-===2C。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
归纳总结
1.甲醇是重要的工业原料，利用甲醇设计的燃料电池具有启动快、效率高等优点，该电池的电解质为H2SO4溶液。下列说法正确的是
A.负极区溶液的pH减小
B.溶液中S向正极移动
C.正极反应式为2H++2e-===H2↑
D.该电池工作时，消耗1 mol CH3OH的同时生成11.2 L CO2(标准状况)
√
阳离子向正极移动，阴离子向负极移动
O2+4H++4e-===2H2O
负极发生氧化反应：CH3OH+H2O-6e-===CO2↑+6H+，生成H+，溶液pH减小
消耗1 mol CH3OH的同时生成1 mol CO2，标准状况下体积为22.4 L
2.某学习小组以肼(N2H4)为原料设计了一种燃料电池，构造如图所示。其中两个电极均为铂电极，电池的总反应方程式为N2H4+O2===N2+2H2O。下列说法错误的是
A.通入N2H4的一极是电池的负极
B.通入O2的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.电池工作一段时间后电解质溶液的pH将变大
D.若消耗16 g N2H4，则理论上转移2 mol电子
√
通入O2的一极为正极，O2得电子与水反应生成OH-，电极反应式为O2+
2H2O+4e-===4OH-，B正确；
电池工作时，总反应方程式为N2H4+O2===N2+2H2O，一段时间后电解质溶液中OH-的物质的量不变，但水的质量增加，则c(OH-)减小，pH将变小，C错误；
由总反应式可建立如下关系式：N2H4~4e-，若消耗16 g N2H4，则理论上转移×4=2 mol电子，D正确。
1.热电厂尾气经处理得到较纯的SO2，可用于原电池法生产硫酸。下列说法不正确的是
A.电极b周围溶液pH变大
B.溶液中H+由a极区向b极区迁移
C.电极a的电极反应式是SO2-2e-+
2H2O===4H++S
D.一段时间后，a极消耗的SO2与b极消耗的O2物质的量相等
√
自我测试
根据得失电子总数相等可知，一段时间后，a极消耗的SO2的物质的量是b极消耗的O2的2倍
2.一种熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。
(1)电池工作时，外电路上电流的方向应
从电极　　 (填“A”或“B”，下同)
流向用电器。
(2)C向电极　　 移动。
(3)电极A上CO参与的电极反应为
　　　　 。
B
A
CO-2e-+C===2CO2
本课结束
第
1
章
　
第
2
节

展开更多......

收起↑