第四单元 太阳能 生物质能和氢能的利用教案范文

燃料电池

导学案

【学习目标】

1、了解氢氧燃料电池的工作原理，会写酸性、碱性、中性条件下电极反应式和总反应方程式。

2、学会写甲烷、甲醇燃料电池的电极反应式和总反应方程式

【探究新知】

燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。

特点：燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。

1.氢氧燃料电池：

(1)电解质溶液为稀硫酸：

负极：2H2－4e-=4H+，正极：O2+4e-＋4H+=2H2O，总反应式2H2＋O2=2H2O (2)电解质溶液为KOH溶液：

负极：_____________________________，正极：________________________________，

总反应式：_______________________。

(3)电解质溶液为Na2SO4溶液：

负极：_____________________________，正极：________________________________，

总反应式：_______________________。

(4)以CsHSO4为介质传递H+

总反应：2H2＋O2=2H2O

正极:O2+4e-＋4H+=2H2O 负极:2H2－4e-=4H+

(5)以掺杂Y2O3的氧化锆ZrO2晶体为介质，在高温下允许氧离子−(O2)在其间通过

总反应：2H2＋O2=2H2O 正极: O2+4e- =2O2-

负极: 2H2-4e-+2O2- =2H2O 2.甲烷燃料电池

(1)该电池用金属铂片插入H2SO4溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应为：

电池总反应：CH4+2O2

＝CO2+2H2O

负极：CH4

- 8e- + 2H2O ＝

CO2

+ 8H+

正极：2O2

+ 8H+ + 8e-

＝

4H2O

(2)该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应为：

电池总反应：____________________________________ 负极：____________________________________；

正极：____________________________________；

(3)该电池用金属铂片插入K2SO4溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应为：

电池总反应：____________________________________ 负极：____________________________________；

正极：____________________________________；

(4)以掺杂Y2O3的氧化锆ZrO2晶体为介质，写出甲烷燃料电池的电极反应式

3.甲醇(CH3OH)燃料电池

(1)电解质溶液为稀硫酸：

总反应：2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O

(2)电解质溶液为KOH溶液：

(3)电解质溶液为Na2SO4溶液：

【课堂练习】

1．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(

) －－A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e===4OH

－－B．负极反应式：CH4＋8OH－8e===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液中的氢氧根离子浓度不变

D．放电时溶液中的阴离子向负极移动

2．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池的负极反应为(

) －－A．H2＋2OH－2e===2H2O ＋－B．O2＋4H＋4e===2H2O

C．H2－2e===2H

－－D．O2＋2H2O＋4e===4OH

3．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1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e

－－－②负极上CH4失去电子，电极反应式为

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，溶液碱性增强

A．

①②

B．

①③

C．①④

D．

③④

4．燃料电池是一种新型电池。某氢氧燃料电池的基本反应是：

X极：O2(g)+2H2O(l)+4e−===4OH−

Y极：2H2(g)−4e−+4OH−===4H2O(l) 下列判断正确的是(

)

A．电池总反应为2H2 + O2 ===2H2O

B．该电池的电解质溶液为酸性

C．X极是负极，发生氧化反应

D．电池工作一段时间后溶液pH增大

5．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或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次2－－电，其电池反应为2CH3OH＋3O2＋4OH===2CO3＋6H2O。则下列有关说法不正确的是(

) A．

O2发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．

O2在负极上发生氧化反应

C．

CH3OH在负极反应：CH3OH－6e－＋8OH－=== CO32－＋6H2O D．

每消耗1 mol CH3OH，则转移6 mol电子

6.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2+O2=2H2O，下列有关说法正确的是(

) A．电子通过外电路从b极流向a极

B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－

C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2

D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

7.固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的。它以固体2−氧化锆−氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的(

)

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．O2−移向电池的正极

C．b极对应的电极反应为2H2−4e−+2O2−﹦2H2O

D．a极对应的电极反应为O2+2H2O+4e−﹦4OH−

－＋