4.1.2化學(xué)電源課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修12

氫氧燃料電池動(dòng)力的法國產(chǎn)標(biāo)致TAXI同濟(jì)大學(xué)研制的燃料電池汽車－超越3號(hào)我國自主研發(fā)的燃料電池車神舟六號(hào)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池的應(yīng)用1839年英國物理學(xué)家Grove將兩個(gè)鉑電極的一端浸沒于硫酸溶液中，另一端分別置于氫氣和氧氣中，檢測到鉑電極之間電流流動(dòng)，因此，Grove被稱為“燃料電池之父”。1839酸性燃料電池1959年,培根借鑒前人研制經(jīng)驗(yàn)，采用氫氧化鉀水溶液電解質(zhì)，純氫和純氧為燃料和氧化劑，多孔鎳電極，擴(kuò)大了催化劑種類，降低了電極材料成本。這個(gè)電池也稱為培根電池。2、燃料電池：①原理：③兩極材料：惰性材料，只具導(dǎo)電性。②反應(yīng)物不儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，外加提供燃料和氧化劑。④兩極判斷：⑤導(dǎo)電介質(zhì)：⑥高效、環(huán)境友好。將燃料和氧化劑(如:O2)反應(yīng)所放出的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。負(fù)極：通入燃料氣的一極正極：通入O2或空氣的一極可以是電解質(zhì)溶液，也可以是新型的導(dǎo)離子介質(zhì)。能量轉(zhuǎn)化率高,可超過80%

(火力發(fā)電約30%)，有利于節(jié)約能源。燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極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。（1）氫氧燃料電池：（-）Pt(H2)|H2SO4|Pt(O2)（+）負(fù)極：2H2-4e-＝4H+

正極：O2+4e-+4H+＝2H2O總反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O（-）Pt(H2)|KOH|Pt(O2)（+）負(fù)極：2H2+4OH-?4e-＝4H2O正極：2H2O+O2+4e-＝4OH-

總反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O思考：若介質(zhì)為堿性環(huán)境呢？堿性/中性：

O2+4e-+

2H2O

＝4OH-

酸性：

O2+4e-+4H+＝2H2O正極寫法：燃料電池電極反應(yīng)式的寫法：總式正極負(fù)極20世紀(jì)五十年代，美國通用公司研發(fā)了質(zhì)子交換膜燃料電池，進(jìn)入21世紀(jì)，以質(zhì)子交換膜燃料電池為基礎(chǔ)的交通工具不斷向前發(fā)展。質(zhì)子交換膜燃料電池是在電動(dòng)汽車上最有應(yīng)用前景的電力能源之一。

固體氧化物燃料電池是由美國西屋(Westinghouse）公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯-氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(02-）在其間通過。（2）固體燃料電池介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

2H2-4e-+2O2－=2H2OO2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O負(fù)極正極負(fù)極正極（3）熔融鹽燃料電池一極通CO，一極通空氣和CO2混合氣體，以Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽作電解質(zhì)。負(fù)極：2CO+2CO32--4e-=4CO2

正極：O2+2CO2+4e-=2CO32-總反應(yīng)式：2CO+O2=2CO2

討論：有人用鉑作電極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，又從兩電極分別通CH4和O2，形成燃料電池，該電池中通入甲烷的鉑為

極，發(fā)生的電極反應(yīng)是

，正極的電極反應(yīng)式是

，反應(yīng)的總化學(xué)方程式是

。負(fù)負(fù)極：CH4+10OH-?8e-＝CO32-+7H2O總反應(yīng)：CH4+2O2+2OH-＝CO32-+3H2O思考：若介質(zhì)為堿性環(huán)境呢？CH4-8e-+2H2O＝8H++CO2CH4+2O2＝CO2+2H2O2O2+8e-+8H+＝4H2O正極：2O2+8e-+

4H2O

＝8OH-

要注意溶液的酸堿性，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊添加H+、OH-、H2O，以遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒?！渡A》P120討論1:（四川高考）一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－+H2O=CH3COOH+4H＋。下列有關(guān)說法正確的是（）A.檢測時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動(dòng)B.若有0.4mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48L氧氣C.電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2OD.正極上發(fā)生的反應(yīng)是：O2+4e－+2H2O=4OH－討論2：（江蘇高考）一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法正確的是

（

）A.反應(yīng)每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol電子B.電極A上H2參與的電極反應(yīng)為：C.電池工作時(shí)，CO32-向電極B移動(dòng)D.電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為：討論3：（全國卷）鋅–空氣燃料電池可用作電動(dòng)車動(dòng)力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應(yīng)為2Zn+O2+4OH–+2H2O=2Zn(OH)42-下列說法正確的是（）A．充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中K+向陽極移動(dòng)B．充電時(shí)，電解質(zhì)溶液中逐漸減小C．放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Zn+4OH–-2e–=Zn(OH)42-D．放電時(shí)，電路中通過2mol電子，消耗氧氣22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）【小結(jié)】關(guān)于燃料電池負(fù)極：燃料（H2、CO、烴類、肼、甲醇、氨、煤氣……）正極：O2電解質(zhì)：①酸性溶液②堿性溶液③熔融金屬氧化物④熔融碳酸鹽正極電極方程式O2+4H++4e-=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-O2+4e-=2O2-O2+4e-+2CO2=2CO32-2.書寫步驟①析價(jià)態(tài)，定正負(fù)

②列物質(zhì)

③標(biāo)得失

④看環(huán)境，配守恒電極反應(yīng)式的書寫方法方法指導(dǎo)補(bǔ)項(xiàng)原則：酸性介質(zhì)（缺H補(bǔ)H+，缺O(jiān)補(bǔ)H2O）；

堿性介質(zhì)（缺H補(bǔ)H2O，缺O(jiān)補(bǔ)OH-）；

熔融氧化物使用O2-；熔融碳