燃料电池电极反应式书写策略.ppt

燃料电池电极反应式的书写 主讲老师：杨彩云 1. 什么是燃料电池？它的主要特点是什么？ 2. 常见的燃料电池有哪几类？ 如何快速书写燃料电池的电极反应式？ 学前思考 1、燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池能量转化率很高，可达70％以上。 2、不同于一般化学电池将活性物质储存在电池内部，燃料电池电极本身不含活性物质，只是一个催化转化元件，工作时燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。 导学 3、燃料电池负极一般通入可燃性 气体，如（H2、CH4 、 C2H5OH等），正极一般通入助燃性气体，如O2 。 负极 正极 O2 ０ 2O -2 　H2O (酸性) OH- （碱性） 导学 4、燃料电池的总反应式相当于燃料燃烧化学方程式。 【例题分析】 1969年美国“阿波罗11号”登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池构造如右图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。写出电极反应式和总化学方程式。 总化学方程式 负极 正极 2H2 + O2 = 2H2O O2+2H2O+4e- = 4OH- 2H2+4OH- -4e- = 4H2O 　 2H2 - 4e- = 4H+ +）4H+ + 4OH- = 2H2O(后续反应) 　　2H2 +4OH- - 4e- = 4H2O -) 介质 电池总反应： 2H2 +O2 = 2H2O 酸性 负极 正极 中性 负极 正极 碱性 负极 正极 氢氧燃料电池 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 4H2O 2H2 +4OH- - 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 　结合介质溶液的酸碱性，考虑后续反应： 　　　　　 　H+ + OH- = H2O 活学活用 1、写出CH4、O2、KOH溶液组成的燃料电池的电极反应式。 ①燃烧总反应：CH4+2O2 = CO2+ 2H2O ②燃料电池总反应： 　　 CH4+2OH-+2O2= CO32-+3H2O ③正极：2O2+4H2O+ 8e-　= 8OH- ④负极：CH4+10OH--8e-　= CO32-+7H2O 后续反应：CO2+2OH-　=CO32-+H2O 有没有更简洁的方法？ 活学活用 1、写出CH4、O2、KOH溶液组成的燃料电池的电极反应式。 负极的电极反应式的书写 化合价升高八价，故有 方法：守恒分析法 首先确定还原剂、氧化产物及失去的电子数（电子守恒），然后依据介质（H+或OH-）来使电子和原子个数守恒 1、电子守恒 CH4 -４ CO32- +４ -8e- CO2 CH4 CO32- CH4是还原剂，CO2是氧化产物，但后续反应中CO2与OH-反应生成CO32- 2、电荷守恒 左边失去8个电子，右边有2个负电荷，要想使电荷守恒，应在左边加上10个负电荷（为什么？），即 CH4 -8e-　—— CO32- CH4 -４ +４ CO2 CO32- + 　OH-　 -8e- + 　 H2O 10 7 抓得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒快速书写 +10OH- 3、原子守恒 将H、O原子数配平得 迁移应用 写出CH4、O2、H2SO4溶液组成的燃料电池的负极的电极反应式。 【方法归纳】 （1）由“电子守恒”并根据化合价的升高值确定失去的电子数； 书写负极的电极反应式可分为三步： 即按照“三恒”顺序书写负极反应式： 电子守恒 电荷守恒 原子守恒 （2）由“电荷守恒”确定参与反应的介质（H+或OH-）的物质的量； （3）由“原子守恒”得出完整的电极反应式； 2、如右图所示，二甲醚直接燃料电池有 启动快、效率高等优点，其能量密度 高于甲醇直接燃料电池。 写出二甲醚直接燃料电池的负极反应式 酸性电解质 CH3OCH3 -2 +４ CO2 + H+　 - e- + 　 H2O 12 -2 有机物中氢元素一般为正1价；氧元素为负2价，再根据化合价法则推断碳元素的化合价。 1 12 2 3 3、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用 Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质，CO为负极燃