归纳与整理主要内容及教案内容

燃料电池复习专题教案

汪思汛—四川省苍溪中学校

一、

教学目标

知识与技能：以氧化还原反应为突破口，掌握燃料电池的工作原理，并能熟练书写出各种类型的燃料电池的电极反应式；掌握燃料电池的四大常考点。

过程与方法：以小组合作探究的方式，归纳总结出电极反应方程式的书写方法，同时，通过巧妙的解题方法，在这一问题上实现突破，从而培养学生的分析能力和迁移能力。

情感态度与价值观：培养学生将课本知识应用于生活、生产中的意识，让其能够对实际问题做出合理的判断，同时培养学生“绿色化学”的理念。

二、

重难点

电极反应式的书写

三、教学过程

[引入] 同学们好，本节课我们将一起复习一下高考化学常考的一个知识点——燃料电池。别看有燃料两字，但它不是拿来烧的，而是把其中的化学能直接转换成电能进行释放。因此，燃料电池就是一种把燃料所具有的化学能直接转化成电能的化学装置。而这种装置，有固定的构成，那就是：燃料和氧气一起通入某种介质，按照介质的种类可以分为四种：酸性、碱性、固体氧化物以及熔融碳酸盐。在这些介质中，分别可以传导的离子是：H+、OH-、O2-、CO32-。事实上呢，高考也就是针对这四种情况从以下四个方面进行考察的:正负极的判断、离子的移动方向、电极反应式的书写以及电极附近PH的变化。下面我们就来一一突破！

[模块一] 正负极的判断

[思考]这是08年宁夏的一道题目，现在我要求在不动笔的情况下，请目测出正确答案。

例一：（08 宁夏）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳．该电池负极发生的反应是（

）

A．CH3OH(g)+O2(g)=H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-

B．O2(g)+4H+(aq)+4e-=2H2O(l) C．CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+6H+(aq)+6e-

D．O2(g)+2H2O(l)+4e-=4OH-(aq) [讲解]在燃料电池中，燃料从负极充入，氧气从正极充入。这时我们再来看一下这道题目，考察的是负极的电极反应式的书写，因此反应物中一定不会出现氧气，而在A、B、D的选项中都出现了氧气，因此，可以快速的判断出这道题选C。

[小结]因此，在做燃料电池的题型时，首先要学会判断正负极，请记住口诀：氧气为正，燃料为负。

[模块二]判断离子的移动方向

记住四个字：正正负负。也就是说，带正电荷的阳离子会向正极移动，带负电荷的阴离子会向负极移动。

[模块三]电极反应式的书写——这是重点考察内容。

[小组活动]以氢氧燃料电池为例，找两个小组用不同的方式来书写该电极反应式。同时归纳出其书写规律。

[小结]方法一：列物质标得失，看环境配守恒，两式相加验总式

方法二：复杂电极式=总反应式-较简单一极电极反应式

[小试牛刀]“神舟7号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCPC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾，已知该电池的总反应为2H2＋O2 = 2H2O，负极反应为2H2 + 2CO32-− 4e-＝

2H2O + 2CO2

，则下列推断中，正确的是(

) A.电池工作时，CO32-向负极移动

B.电池放电时，外电路电子由通氧气的正极流向通氢气的负极

－－C.正极的电极反应：4OH-4e= O2↑+2H2O

D.通氧气的电极为阳极，发生氧化反应

[过渡]以上两种方式虽然都可以解题，但在实际操作中大家会发现会比较费时，那么老师就再教大家一个快速的解题技巧。

[讲解]首先来看一下通氧气的正极电极反应式：根据口诀“碳四氢一氧减二”，可知氧气在燃料电池中都是变成负二价的，因此，不管是哪种介质，氧气首先都应该得到四个电子，这时我们空一格写等号，现在又怎么办呢？请记住口诀“电荷守恒、查氧补水”，我们看等式的左边氧气得到四个电子，带四个负电荷，这时我们根据电荷守恒的原理，利用电解质溶液中的离子进行填充，因此分别应该在式子左边填上四个氢离子、等式右边添上四个氢氧根离子、在式子右边补充两个氧离子、在式子右边添上两个碳酸根。这时我们在根据查氧补水的方式，依次在等式右边补上两个水、式子左边补上两个水、这个式子已经守恒、式子左边缺4个氧，但在这里补水是不可能的，只有补上两个二氧化碳。

当然，这种方式也可以运用到负极电极反应式的书写，只是由于燃料的种类有很多，因此不同的燃料电池其负极的电极反应式会有所不同，但其都有一个共同的特点，那便是有机物中碳最终都变成正四价的二氧化碳或者是碳酸根离子，因此负极的电极反应式并没有想象中困难，不信我们来试试：以甲烷为例，在四种介质中，甲烷都是失去8个电子变成二氧化碳，但注意，由于二氧化碳在碱性溶液中要与氢氧根离子反应，因此，这里应该得到的是碳酸根离子，这时我们在根据电荷守恒以及查氧守恒的原理依次配平反应式。

[提问]这样一来，燃料电池的电极反应式的问题也就迎刃而解，但像这样的呢？

例二：液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是(

) A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极

－－B.负极发生的电极反应式：N2H4＋4OH－4e

= N2＋4H2O C.该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触

＋D.该燃料电池持续放电时，K从负极向正极迁移，因而离子交换膜需选用阳离子交换膜

[讲解]对于任何一个燃料电池而言，都可以用而我们刚刚讲的口诀进行突破，只是在这之前，我们必须要明确反应物和产物是什么，那么对于肼而言是如何反应的呢？请记住口诀：氮变氮气不反应，也就是说这里肼反应最终会变成氮气，同时不涉及电子的计算，这样的话，只有四个氢提供四个电子，之后，我们便可以通过“电荷守恒、查氧补水”来完成电极反应式的书写。

[模块四]

电极负极PH的变化

[对比归纳]分别列举几个常见的负极电极反应式和正极电极反应式。

[讲解]通过观察不难发现，对于负极而言，要不就是产生氢离子，要不就是消耗氢氧根，所以可以知道对于负极的电极周围而言，溶液的PH会减小；而对于正极而言，要不就是消耗氢离子，要不就是产生氢氧根，所以对于正极周围而言，PH会增大。综上所诉，对于PH的变化：正增负减。特别说明，如果题目中讨论的是整个溶液的PH的改变，直接看总反应式中氢离子或者氢氧根离子的变化即可。

[小结]本节课我们主要解决了燃料电池的四个常见问题，针对于这些考点，我们直接可以通过以下四句口诀来快速答题：氧气为正，燃料为负；离子方向，正正负负；电荷守恒，查氧补水；PH，正增负减。这样一来，相信大家对于燃料电池的障碍已经成功突破。

[能力提升]那么本节课的最后我们就来检验一下你们是否掌握了本堂课的要点，请看这道题：

据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。其电池反应为：2CH3OH + 3O2 + 4OH—

2CO32- + 6H2O，则下列说法错误的是(

) A.放电时CH3OH参与反应的电极为负极

B.放电时电解质溶液的pH逐渐增大

－－C.放电时负极的电极反应为：CH3OH－6e＋8OH

＝

CO32— + 6H2O D.放电时每消耗1 mol CH3OH转移6 mol电子

[结束语]这节课我们主要针对燃料电池的考点进行了讲解与突破，那对于其他电池而言又是如何考查的呢？预知后事如何，请听下回分解，好，下课！

四、板书设计

燃料电池

1、定义

2、工作原理

3、常考问题

（1）正负极的判断——氧气为正，燃料为负

（2）离子的移动方向——放电时，正正负负

（3）电极反应式的书写——电荷守恒、查氧补水

（4）电极附近PH的变化——放电时，正增负减