归纳与整理优秀课堂实录

第四章

第二节

化学电源

———燃料电池电极反应方程式的书写

【教学目标】

一、知识与技能：

（1）掌握燃料电池电极反应式的书写。

（2）了解燃料电池的反应原理、性能及其应用。

二、过程与方法：

通过学习理解原电池的运用，学会与实际联系。

三、情感、态度与价值观：

培养学生的知识运用能力，理解化学知识在实际生活中的应用。

【教学重点】燃料电池电极反应式的原理

【教学难点】燃料电池电极反应式的书写

【教学方法】讲授、练习、对比

【课时安排】1课时

【课

型】复习课

【教学过程】

一、概念：燃料电池是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池，所以燃料电池也是化学电源。它与其它电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内，而是在工作时，不断地从外界输入，同时把电极反应产物不断排出电池。因此，燃料电池是名符其实地把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。燃料电池的正极和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成。从负极连续通入氢气、煤气、发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体；从正极连续通入氧气或空气。电解液可以用碱如氢氧化钠或氢氧化钾等把两个电极隔开。化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。燃料电池的特点是能量利用率高，设备轻便，减轻污染，能量转换率可达70%以上。

二、书写要点

1、首先分清原电池的正、负均为惰性电极，电极均不参与反应。

2、正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得电子首先变成O2-

,根据电解质的不同，其负极电极反应式书写分为以下几种情况：

①酸性溶液(H+)

O2+4e-+4H+=4H2O

②碱性溶液(OH-)

O2+4e-+2H2O=4OH-

③熔融碳酸盐(K2CO3)

O2+4e-+2CO2=2CO32-

④熔融氧化物(ZrO2)

O2+4e-=2O2-

3、负极发生氧化反应，负极生成的离子一般与正极产物结合，有下几种情况：

(1)若负极通入的气体是H2

①酸性溶液H2-2e-=2H+\

②碱性溶液H2-2e-+2OH-=2H2O

③熔融氧化物H2-2e-+O2-=H2O

(2)若负极通入的气体为含碳的化合物CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化正四价的化合物,在酸性溶液中生成二氧化碳气体，在碱性溶液中生成碳酸根离子，熔融碳酸盐中生成二氧化碳，熔融固体氧化物中生成二氧化碳。含有氢元素的化合物最终都有水生成。

三、随堂练习：

1、氢氧燃料电池：

当前广泛应用于空间技术的一种典型燃料电池就是氢氧燃料电池，它是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，碳电极上嵌有微细分散的铂等金属作催化剂，如铂电极、活性炭电极等，具有很强的催化活性。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。

电极反应式为：负极2H+＋2OH－2

e＝2H2O

正极Ｏ2＋2H2O＋4

e＝4OH

电池总反应式为：2H2＋Ｏ2＝2H2O

2、甲烷燃料电池：

另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。电极反应式为：

负极：CH4＋10OH－－8e

＝＋7H2O；

正极：4H2O＋2O2＋8e

＝8OH。

电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

四、相关考题和练习

例1．（2000年全国高考理综题）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

混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

（负）阳极反应式：2CO+2CO32--4e-==

4CO2

（正）阴极反应式：O2+2CO2+4e-==

2CO32-

电池总反应式：2CO+O2==2CO2

例2．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（

）

①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-

②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O

③负极上是O2获得电子，电极反应式为

O2+2H2O+4e-=4OH-

④电池放电后，溶液PH不断升高

A.①②

B.①③

C.①④

D.③④

例4．（2004年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是

(

)

A．a电极是负极

B．b电极的电极反应为：4OH--4e-==

2H2O+O2↑

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

【作业】