燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě).ppt

1、燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進(jìn)行反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類(lèi)原電池。,1967年氫氧燃料電池首次被用作阿波羅宇宙飛船的電源。用兩個(gè)多孔石墨電極（分別含有不同的催化劑）插入作為電解質(zhì)的30%的KOH水溶液中，氧氣和氫氣分別不斷通入正極和負(fù)極并不斷被消耗。,氫氧燃料電池,氧氣,氫氣,A,氫氧燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),多孔電極,多孔電極,電解質(zhì),電池總反應(yīng)：2H2 +O2= 2H2O,KOH溶液,液體電解質(zhì),總反應(yīng)： O2+2H2=2H2O,負(fù)極：2H2-4e+4OH-=4H2O 正極：O2+4e+2H2O=4OH-,氫氧燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)

2、方法一：,第一步 判斷原電池的正負(fù)極反應(yīng)物； 第二步 根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境書(shū)寫(xiě)產(chǎn)物； 第三步 根據(jù)電子得失情況和電荷守恒配平 反應(yīng)式； 第四步 檢查。,注意：適時(shí)運(yùn)用”減法“,當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí)；,負(fù)極：2H2-4e-=4H+ 正極：O2+4e-+4H+=2H2O,氧氣,氫氣,A,負(fù)極 正極,氫氧燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),KOH溶液,多孔電極,多孔電極,電解質(zhì),液體電解質(zhì),H2SO4溶液,電池總反應(yīng)：2H2 +O2= 2H2O,(2010年安徽理綜）某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2+O2=2H2O，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是() A電子通過(guò)外

3、電路從b極流向a極 Bb極上的電極反應(yīng)式為： O22H2O4e=4OH C每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子， 消耗1.12 L的H2 DH由a極通過(guò)固體酸電解質(zhì) 傳遞到b極,例1,解析：首先明確a為負(fù)極，這樣電子應(yīng)該是通過(guò)外電路由a極流向b，A錯(cuò)；B選項(xiàng)反應(yīng)應(yīng)為O2+4e-+4H+=2H2O ; C沒(méi)有告知標(biāo)準(zhǔn)狀況。,D,負(fù)極：2H2-4e-+2O2=2H2O 正極：O2+4e-=2O2,負(fù)極：2H2-4e- =4H+ 正極：O2+4H+4e-=2H2O,氫氧燃料電池固體電解質(zhì)下的電極反應(yīng),CsHSO4晶體（傳導(dǎo)H+）,摻雜（Y2O3的氧化鋯ZrO2晶體（傳導(dǎo)O2-）,燃料電池的電極規(guī)定 燃料電池的電

4、極是由通入氣體的成分來(lái)決定。通入可燃物的一極為負(fù)極，可燃物在該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)；通入空氣或氧氣的一極為正極，氧氣在該電極上發(fā)生還原反應(yīng),燃料電池的分類(lèi),一、燃料電池的分類(lèi) 1、按燃料電池的運(yùn)行機(jī)理分。 分為酸性燃料電池和堿性燃料電池 2. 按電解質(zhì)的種類(lèi)不同，有酸性、堿性、熔融鹽類(lèi)或固體電解質(zhì) 2.1堿性燃料電池（AFC） 2.3磷酸燃料電池（PAFC） 2.4熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 2.2質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC） 2.5固體氧化物燃料電池（SOFC） 3. 按燃料類(lèi)型分。 3.1氫燃料電池 3.2甲烷燃料電池 3.3甲醇燃料電池 3.4乙醇燃料電池,燃料電池的種類(lèi),堿性燃料

5、電池（AFC）（alkaline fuel cell) 磷酸型燃料電池(PAFC) (phosphorous acid fuel cell) 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) (molten carbonate fuel cell) 質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC) (proton exchange membrane fuel cell) 固體氧化物燃料電池(SOFC) (solid oxide fuel cell),燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法二,第一步，先寫(xiě)出燃料電池的總反應(yīng)方程式,第二步，寫(xiě)出燃料電池的正極反應(yīng)式；,第三步，在電子守恒的基礎(chǔ)上用燃料電池的總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得到負(fù)極反應(yīng)

6、式。,1、燃料電池總反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě),因?yàn)槿剂想姵匕l(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃料燃燒反應(yīng)寫(xiě)出燃料電池的總反應(yīng)方程式，但要注意燃料的種類(lèi)。,氫氧燃料電池，其電池總反應(yīng)方程式不隨電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性變化而變化，即2H2+O2=2H2O,含碳元素的可燃物，其電池總反應(yīng)方程式就與電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān),如甲烷燃料電池在酸性電解質(zhì)中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；在堿性電解質(zhì)中生成CO32-離子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。,2、燃料電池正極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),因?yàn)槿剂想姵卣龢O反應(yīng)物一般是氧氣，正極都是氧

7、化劑氧氣得到電子的還原反應(yīng)，所以可先寫(xiě)出正極反應(yīng)式，正極反應(yīng)的本質(zhì)都是O2得電子生成O2-離子，故正極反應(yīng)式的基礎(chǔ)都是O24e-=2O2-。正極產(chǎn)生O2-離子的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有著密切的關(guān)系。這是非常重要的一步?，F(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的幾種情況歸納如下。,電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液（如稀硫酸） 在酸性環(huán)境中，O2-離子不能單獨(dú)存在，可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O，O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O24H+4e-=2H2O。,例2、科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料用于軍事目的

8、。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。試回答下列問(wèn)題： 這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。 此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是 ；負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是 。 電解液中的H+離子向 極移動(dòng)；向外電路釋放電子的電極是 。,2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,3O212H+12e-=6H2O,2CH3OH+2H2O12e-=2CO2+12H+,正,負(fù),例2、科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，

9、同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。試回答下列問(wèn)題： 比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是 。,對(duì)空氣的污染較小,電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液（如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液）,在中性或堿性環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在，O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子，故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O22H2O +4e-=4OH-。,例3、甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)于甲烷燃料電池的說(shuō)法不正確的是 （ ） A、負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O B、正極反應(yīng)式為O22H2O +4e-=4OH- C、隨

10、著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變 D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大,C,電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物） 在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在， O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為O22CO2 +4e-=2CO32-。,電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物） 在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在， O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為O22CO2 +4e-=2CO32-。,例4、某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料

11、，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問(wèn)題： 寫(xiě)出該燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式。 寫(xiě)出該燃料電池的電極反應(yīng)式。,由于電解質(zhì)為熔融的K2CO3，且不含O2-和HCO3-，生成的CO2不會(huì)與CO32-反應(yīng)生成HCO3-的,2C4H10+13O2=8CO2+10H2O,正極O22CO2 +4e-=2CO32-,負(fù)極：2C4H10+26CO32-52e-=34CO2+10H2O,電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物） 在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨(dú)存在， O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為O22CO2 +4e

12、-=2CO32-。,例3、某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問(wèn)題： 為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是什么，它從哪里來(lái)？,從上述電極反應(yīng)式可看出，要使該電池的電解質(zhì)組成保持穩(wěn)定，在通入的空氣中應(yīng)加入CO2，它從負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物中來(lái)。,正極：O22CO2 +4e-=2CO32-， 負(fù)極：2C4H10+26CO32-52e-=34CO2+10H2O,電解質(zhì)為固體電解質(zhì)（如固體氧化鋯氧化釔） 該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過(guò)，故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O24e-=2O2-。,例4、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解