第四章 第一節(jié) 第3課時(shí)　常見化學(xué)電源(二)-形形色色的燃料電池

第3課時(shí)常見化學(xué)電源(二)——形形色色的燃料電池[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.了解常見的氫氧燃料電池的種類，能正確書寫電極反應(yīng)式。2.了解氣體燃料電池的工作原理。一、常見氫氧燃料電池的種類及工作原理1．燃料電池的概念燃料電池是一種連續(xù)地將________和________的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為________的化學(xué)電源。2．燃料電池的特點(diǎn)(1)工作時(shí)，________和________連續(xù)地由外部供給并在電極上進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排出。(2)能量轉(zhuǎn)換率____(>80%)，排放的廢棄物______。3．氫氧燃料電池(1)基本構(gòu)造(2)工作原理酸性電解質(zhì)(H2SO4)堿性電解質(zhì)(KOH)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)總反應(yīng)1.燃料電池是目前電池研究的熱點(diǎn)之一。某課外小組自制的氫氧燃料電池如圖所示，a、b均為惰性電極。(1)負(fù)極是________(填“a”或“b”)。(2)b極發(fā)生的電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________________________________________________________。(3)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗11.2LH2時(shí)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。2．下面為3種燃料電池的工作原理示意圖。(1)A中，電池內(nèi)部傳導(dǎo)的離子是______，負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________________。(2)B中，電池內(nèi)部傳導(dǎo)的離子是______，正極的電極反應(yīng)式為_________________________。(3)C中，電池內(nèi)部傳導(dǎo)的離子是______，正極的電極反應(yīng)式為_________________________。二、其他新型燃料電池1．甲烷燃料電池成本遠(yuǎn)低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池。(1)在酸性介質(zhì)中負(fù)極反應(yīng)式：__________________________________________________________________；正極反應(yīng)式：__________________________________________________________________；總反應(yīng)式：____________________________________________________________________。(2)在堿性(KOH溶液)介質(zhì)中負(fù)極反應(yīng)式：__________________________________________________________________；正極反應(yīng)式：__________________________________________________________________；總反應(yīng)式：__________________________________________________________________。在酸性介質(zhì)和堿性介質(zhì)中甲烷燃料電池的總反應(yīng)不同，酸性條件下，＋4價(jià)碳元素全部轉(zhuǎn)化為CO2，堿性條件下，＋4價(jià)碳元素全部轉(zhuǎn)化為COeq\o\al(2－,3)。2．一種固體電解質(zhì)燃料電池的構(gòu)造示意圖如圖所示。該電池以稀土金屬材料作電極，兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2－。負(fù)極反應(yīng)式：__________________________________________________________________；正極反應(yīng)式：__________________________________________________________________；總反應(yīng)式：____________________________________________________________________。3．一種熔融碳酸鹽燃料電池工作原理示意如圖所示。(1)電池工作時(shí)，外電路上電流的方向應(yīng)從電極________(填“A”或“B”，下同)流向用電器。(2)COeq\o\al(2－,3)向電極________移動(dòng)。(3)電極A上CO參與的電極反應(yīng)為___________________________________________。燃料電池電極反應(yīng)式書寫的方法第一步：寫出燃料電池反應(yīng)的總反應(yīng)式燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)，則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式正極一般為氧氣得電子，介質(zhì)不同時(shí)其電極反應(yīng)式有所不同，如：酸性電解質(zhì)溶液：O2＋4H＋＋4e－=2H2O；堿性電解質(zhì)溶液：O2＋2H2O＋4e－=4OH－；固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)：O2＋4e－=2O2－；熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，寫出負(fù)極反應(yīng)式。電池反應(yīng)的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式。因?yàn)镺2不是負(fù)極反應(yīng)物，因此兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)要徹底消除O2。1．甲醇是重要的工業(yè)原料，利用甲醇設(shè)計(jì)的燃料電池具有啟動(dòng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，該電池的電解質(zhì)為H2SO4溶液。下列說法正確的是()A．負(fù)極區(qū)溶液的pH減小B．溶液中SOeq\o\al(2－,4)向正極移動(dòng)C．正極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑D．該電池工作時(shí)，消耗1molCH3OH的同時(shí)生成11.2LCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)2．某學(xué)習(xí)小組以肼(N2H4)為原料設(shè)計(jì)了一種燃料電池，構(gòu)造如圖所示。其中兩個(gè)電極均為鉑電極，電池的總反應(yīng)方程式為N2H4＋O2=N2＋2H2O。下列說法錯(cuò)誤的是()A．通入N2H4的一極是電池的負(fù)極B．通入O2的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．電池工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液的pH將變大D．若消耗16gN2H4，則理論上轉(zhuǎn)移2mol電子3．熱電廠尾氣經(jīng)處理得到較純的SO2，