高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式(1)2

1 高中化学需要掌握的高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式个燃料电池的方程式 几种常见的 燃料电池 的电极反应式的书写 燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池 它与原电池形成条件有一点相悖 就是不一 定两极是两根活动性不同的电极 也可以用相同的两根电极 燃料电池有很多 下面主要介 绍几种常见的燃料电池 希望达到举一反三的目的 一 氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂 Pt 或石墨做电极材料 负极通入 H2 正极通入 O2 总反应为 2H2 O2 2H2O 电极反应特别要注意电解质 有下列三种情况 1 电解质是 KOH 溶液 碱性电解质 负极发生的反应为 H2 2e 2H 2H 2OH 2H2O 所以 负极的电极反应式为 H2 2e 2OH 2H2O 正极是 O2得到电子 即 O2 4e 2O2 O2 在碱性条件下不能单独存在 只能结 合 H2O 生成 OH 即 2O2 2H2O 4OH 因此 正极的电极反应式为 O2 H2O 4e 4OH 2 电解质是 H2SO4溶液 酸性电解质 负极的电极反应式为 H2 2e 2H 正极是 O2得到电子 即 O2 4e 2O2 O2 在酸性条件下不能单独存在 只能结 合 H 生成 H2O 即 O2 2 H H2O 因此 正极的电极反应式为 O2 4H 4e 2H2O O2 4e 2O2 2O2 4H 2H2O 3 电解质是 NaCl 溶液 中性电解质 负极的电极反应式为 H2 2e 2H 正极的电极反应式为 O2 H2O 4e 4OH 说明 1 碱性溶液反应物 生成物中均无 H 2 酸性溶液反应物 生成物中均无 OH 3 中性溶液反应物中无 H 和 OH 4 水溶液中不能出现 O2 二 甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极 用碱或酸作为电解质 2 1 碱性电解质 KOH 溶液为例 总反应式 2CH4O 3O2 4KOH 2K2CO3 6H2O 正极的电极反应式为 3O2 12e 6H20 12OH 负极的电极反应式为 CH4O 6e 8OH CO32 6H2O 2 酸性电解质 H2SO4溶液为例 总反应 2CH4O 3O2 2CO2 4H2O 正极的电极反应式为 3O2 12e 12H 6H2O 负极的电极反应式为 2CH4O 12e 2H2O 12H 2CO2 说明 乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三 甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极 电解质溶液为 KOH 生成的 CO2还要与 KOH 反应生成 K2CO3 所以总反应为 CH4 2KOH 2O2 K2CO3 3H2O 负极发生的反应 CH4 8e 8OH CO2 6H2O CO2 2OH CO32 H2O 所以 负极的电极反应式为 CH4 10 OH 8e CO32 7H2O 正极发生的反应有 O2 4e 2O2 和 O2 H2O 2OH 所以 正极的电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH 说明 掌握了甲烷燃料电池的电极反应式 就掌握了其它气态烃燃料电池的电极反应式 四 铝 空气 海水电池 我国首创以铝 空气 海水电池作为能源的新型海水标志灯 以海水为电解质 靠空气中的氧 气使铝不断被氧化而产生电流 只要把灯放入海水中数分钟 就会发出耀眼的白光 电源负极材料为 铝 电源正极材料为 石墨 铂网等能导电的惰性材料 负极的电极反应式为 4Al 12e 4Al3 正极的电极反应式为 3O2 6H2O 12e 12OH 3 总反应式为 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 说明 铝板要及时更换 铂做成网状是为了增大与氧气的接触面积 高中常见的原电池电极反应式的书写 十年高考 高中常见的原电池电极反应式的书写 十年高考 书写过程归纳 列物质 标得失 列出电极上的物质变化 根据价态变化标明电子得失 选离子 配电荷 根据介质选择合适的离子 配平电荷 使符合电荷守 巧用水 配个数 通常介质为水溶液 可选用水配平质量守恒 一次电池一次电池 1 伏打电池 伏打电池 负极 Zn 正极 Cu 电解液 H2SO4 负极 Zn 2e Zn2 氧化反应 正极 2H 2e H2 还原反应 离子方程式 Zn 2H H2 Zn2 2 铁碳电池 铁碳电池 负极 Fe 正极 C 电解液 H2CO3 弱酸性 负极 Fe 2e Fe2 氧化反应 正极 2H 2e H2 还原反应 离子方程式 Fe 2H H2 Fe2 析氢腐蚀 3 铁碳电池 铁碳电池 负极 Fe 正极 C 电解液 中性或碱性 负极 2Fe 4e 2Fe2 氧化反应 正极 O2 2H2O 4e 4 还原反应 OH 化学方程式 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 吸氧腐蚀 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 2Fe OH 3 Fe2O3 3 H2O 铁锈的生成过程 4 铝镍电池 铝镍电池 负极 Al 正极 Ni 电解液 NaCl 溶液 O2 负极 4Al 12e 4Al3 氧化反应 正极 3O2 6H2O 12e 12 还原反应 OH 化学方程式 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 海洋灯标电池 5 普通锌锰干电池 普通锌锰干电池 负极 Zn 正极 C 电解液 NH4Cl MnO2的糊状物 负极 Zn 2e Zn2 氧化反应 正极 2MnO2 2H 2e Mn2O3 H2O 还原反应 化学方程式 Zn 2NH4Cl 2MnO2 ZnCl2 Mn2O3 2NH3 6 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池 负极 Zn 正极 C 电解液 KOH MnO2的糊状物 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 氧化反应 正极 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2 OH 还原反应 化学方程式 Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 MnOOH 7 银锌电池 银锌电池 负极 Zn 正极 Ag2O 电解液 NaOH 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 氧化反应 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2 OH 还原反应 化学方程式 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 8 铝 铝 空气空气 海水海水 负极 铝 正极 石墨 铂网等能导电的惰性材料 电解液 海水 负极 4Al 12e 4Al3 氧化反应 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 还原反应 总反应式为 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 铂网增大与氧气的接触面 9 镁 镁 铝电池铝电池 负极 Al 正极 Mg 电解液 KOH 负极 Al 2Al 8 OH 6e 2AlO2 4H2O 氧化反应 4 正极 Mg 6H2O 6e 3H2 6OH 还原反应 化学方程式 2Al 2OH 2H2O 2AlO2 3H2 10 锂电池一型 锂电池一型 负极 金属锂 正极 石墨 电解液 LiAlCl4 SOCl2 负极 8Li 8e 8 Li 氧化反应 正极 3SOCl2 8e SO32 2S 6Cl 还原反应 化学方程式 8Li 3SOCl2 Li2SO3 6LiCl 2S 二次电池 二次电池 又叫蓄电池或充电电池 1 铅蓄电池 铅蓄电池 负极 Pb 正极 PbO2 电解液 浓硫酸 放电时 负极 Pb 2e SO42 PbSO4 氧化反应 正极 PbO2 2e 4H SO42 PbSO4 2H2O 还原反应 充电时 阴极 PbSO4 2H 2e Pb H2SO4 还原反应 阳极 PbSO4 2H2O 2e PbO2 H2SO4 2H 氧化反应 总化学方程式 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O 2 铁 铁 镍电池 镍电池 负极 Fe 正极 NiO 2 电解质溶液为 KOH 溶液 放电时 负极 Fe 2e 2 OH Fe OH 2 氧化反应 正极 NiO2 2H2O 2e Ni OH 2 2 OH 还原反应 充电时 阴极 Fe OH 2 2e Fe 2 OH 还原反应 阳极 Ni OH 2 2e 2 OH NiO 2 2H2O 氧化反应 总化学方程式 Fe NiO 2 2H2O Fe OH 2 Ni OH 2 3 LiFePO4电池电池 正极 LiFePO4 负极 石墨 含 Li 导电固体为电解质 放电时 负极 Li e Li 氧化反应 正极 FePO4 Li e LiFePO4 还原反应 充电时 阴极 Li e Li 还原反应 阳极 LiFePO4 e FePO4 Li 氧化反应 总化学方程式 FePO4 Li LiFePO4 4 镍 镍 镉电池镉电池 负极 Cd 正极 NiOOH 电解质溶液为 KOH 溶液 放电时 负极 Cd 2e 2 OH Cd OH 2 氧化反应 正极 2NiOOH 2e 2H2O 2Ni OH 2 2OH 还原反应 充电时 阴极 Cd OH 2 2e Cd 2 OH 还原反应 阳极 2 Ni OH 2 2e 2 OH 2NiOOH 2H2O 氧化反应 总化学方程式 Cd 2NiOOH 2H2OCd OH 2 2Ni OH 2 5 氢 氢 镍电池 镍电池 负极 LaNi5储氢合金 正极 NiOOH 电解质 KOH LiOH 放电时 负极 LaNi5H 6 6e 6OH LaNi5 6H2O 氧化反应 Ni OH 2 Cd OH 2 5 正极 6NiOOH 6e 6H2O 6 Ni OH 2 6OH 还原反应 充电时 阴极 LaNi5 6e 6H2O LaNi5H 6 6OH 还原反应 阳极 6 Ni OH 2 6e 6OH 6NiOOH 6H2O 氧化反应 总化学方程式 LaNi5H 6 6NiOOH LaNi5 6Ni OH 2 6 高铁电池 高铁电池 负极 Zn 正极 石墨 电解质为浸湿固态碱性物质 放电时 负极 3Zn 6e 6 OH 3 Zn OH 2 氧化反应 正极 2FeO42 6e 8H2O 2 Fe OH 3 10OH 还原反应 充电时 阴极 3Zn OH 2 6e 3Zn 6 OH 还原反应 阳极 2Fe OH 3 6e 10OH 2FeO42 8H2O 氧化反应 总化学方程式 3Zn 2K2FeO4 8H2O3Zn OH 2 2Fe OH 3 4KOH 7 锂电池二型 锂电池二型 负极LiC6 正极含锂的二氧化钴LiCoO2 充电时LiCoO2中Li被氧化 Li 还原以Li原子形式嵌入电池负极材料碳C6中 以LiC6表示 放电时 负极 LiC6 xe Li 1 x C6 x Li 氧化反应 正极 Li 1 x CoO2 xe x Li LiCoO2 还原反应 充电时 阴极 Li 1 x C6 x Li xe LiC6 还原反应 阳极 LiCoO2 xe Li 1 x CoO2 x Li 氧化反应 总反应方程式 Li 1 x CoO2 LiC6 LiCoO2 Li 1 x C6 燃料电池燃料电池 根据题意叙述书写常见于燃料电池 由于燃料电池的优点较多 成为了近年高考的 方向 燃料电池是原电池中一种比较特殊的电池 它与原电池形成条件有一点相悖 就 是不一定两极是两根活动性不同的电极 也可以用相同的两根电极 解决此类问题必须 抓住一点 燃料电池反应实际上等同于燃料的燃烧反应 但要特别注意介质对产物的影 响 一 氢氧燃料电池一 氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂 Pt 或石墨 做电 极材料 负极通入 H2 正极通入 O2 总反应 为 2H2 O2 2H2O 电极反应特别要注意电 解质 有下列三种情况 1 电解质是 电解质是 KOH 溶液溶液 碱性电解质 负极 H2 2e 2OH 2H2O 氧化反应 正极 O2 H2O 4e OH 还原反应 总反应方程式 2H2 O2 2H2O 2 电解质是 电解质是 H2SO4溶液溶液 酸性电解质 负极 H2 2e 2H 氧化反应 正极 O2 4H 4e 2H2O 还原反应 6 总反应方程式 2H2 O2 2H2O 3 电解质是 电解质是 NaCl 溶液溶液 中性电解质 负极 H2 2e 2H 氧化反应 正极 O2 H2O 4e 4OH 总反应方程式 2H2 O2 2H2O 说明 1 碱性溶液反应物 生成物中均无 H 2 水溶液中不能出现 O2 3 中性溶液反应物中无 H 和 OH 4 酸性溶液反应物 生成物中均无 OH 二 甲醇燃料电池二 甲醇燃料电池 1 碱性电解质 碱性电解质 铂为两极 电解液 KOH 溶液 正极 3O2 12e 6H20 12OH 还原反应 负极 2CH3OH 12e 16OH 2CO32 12H2O 氧化反应 总反应方程式 2CH3OH 3O2 4KOH 2K2CO3 6H2O 2 酸性电解质酸性电解质 铂为两极 电解液 H2SO4溶液 正极 3O2 12e 12H 6H2O 还原反应 注 乙醇燃料电池与甲醇 负极 2CH3OH 12e 2H2O 12H 2CO2 氧化反应 燃料电池原理基本相 总反应式 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 氧化反应 三 三 CO 燃料电池燃料电池 总反应方程式均为 2CO O2 2CO2 1 熔融盐熔融盐 铂为两极 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐作电解质 CO 为负极燃气 空气与 CO2 的混合气为正极助燃气 正极 O2 4e 2CO2 2CO32 还原反应 负极 2CO 2CO32 4e 4CO2 氧化反应 2 酸性电解质 酸性电解质 铂为两极 电解液 H2SO4溶液 正极 O2 4e 4H 2H2O 还原反应 负极 2CO 4e 2H2O 2CO2 4H 氧化反应 四 肼燃料电池四 肼燃料电池 铂为两极 电解液 KOH 溶液 正极 O2 2H2O 4e 4OH 还原反应 负极 N2H4 4OH 4e N2 4H2O 氧化反应 总反应方程式 N2H4 O2 N2 2H2O 五 甲烷燃料电池五 甲烷燃料电池 1 碱性电解质 碱性电解质 铂为两极 电解液 KOH 溶液 正极 2O2 2H2O 8e 8 OH 还原反应 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 氧化反应 总反应方程式 CH4 2KOH 2O2 K2CO3 3H2O 2 酸性电解质 酸性电解质 铂为两极 电解液 H2SO4溶液 正极 2O2 8e 8H 4H2O 还原反应 负极 CH4 8e 2H2O 8H CO2 氧化反应 总反应方程式 CH4 2O2 CO2 2H2O 六六 丙烷燃料电池 丙烷燃料电池 铂为两极 正极通入O2和CO2 负极通入丙烷 电解液有三种 7 1 电解质是熔融碳酸盐 电解质是熔融碳酸盐 K2CO3或Na2CO3 正极 5O2 20e 10CO2 10CO32 还原反应 负极 C3H8 20e 10CO32 3CO2 4H2O 氧化反应 总反应方程式 C3H8 5O2 3CO2 4H2O 2 酸性电解质 酸性电解质 电解液H2SO4溶液 正极 5O2 20e 26H 10H2O 还原反应 负极 C3H8 20e 6H2O 3CO2 20 H 氧化反应 总反应方程式 C3H8 5O2 3CO2 4H2O 3 碱性电解质 碱性电解质 铂为两极 电解液KOH溶液 正极 5O2 20e 10H2O 20OH 还原反应 负极 C3H8 20e 26 OH 3CO32 17H2O 氧化反应 总反应方程式 C3H8 5O2 6KOH 3 K2CO3 7H2O 七七 乙烷燃料电池乙烷燃料电池 铂为两极 电解液KOH溶液 正极 7O2 28e 14H2O 28OH 还原反应 负极 2C2H6 28e 36 OH 4CO32 24H2O 氧化反应 总反应方程式 2C2H6 7O2 8KOH 4K2CO3 10H2O 氢氧燃料电池以碱为电解质放电反应 正极 O2 反应式 O2 2H2O 4e 4OH 还原反应 负极 H2 2H2 4e 4OH 4H2O 氧化反应 总反 应 2H2 O2 2H2O 1 燃料电池总反应方程式的书写 因为燃料电池发生电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同 可根据燃料燃 烧反应写出燃料电池的总反应方程式 但要注意燃料的种类 若是氢氧燃料电池 其电池总反应方程式不随电解质的状态和电解质溶液的酸碱性变化而变化 即 2H2 O2 2H2O 若燃料是含碳元素的可燃物 其电池总反应方程式就与电解质 的状态和电解质溶液的酸碱性有关 如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成 CO2 和 H