化学电源燃料电池

关于化学电源燃料电池化学电源第2页,共37页，2024年2月25日，星期天一次电池、二次电池、燃料电池《选修4》p74一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用的化学电池。碱性锌-锰电池、银-锌纽扣电池等二次电池：放电后能充电复原继续使用的化学电池。如铅蓄电池、氢镍电池、锂电池等。燃料电池：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池如：氢氧燃料电池、CH4、乙醇燃料电池等电池优劣的判断：P74①比能量（W·h)/kg,(W·h)/L）②比功率(W/kg,W/L)③可储存第3页,共37页，2024年2月25日，星期天1、碱性锌－锰干电池《选修4》p74钢筒石墨棒Zn粉和KOH的混合物碱性锌-锰干电池的结构MnO2负极：锌正极：MnO2电解液：KOH负极（锌）：Zn+2OH-–2e-Zn(OH)2正极（石墨）：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-总：Zn+2MnO2+2H2O＝2MnOOH+Zn(OH)2PH?PH减小PH增加电池总PH不变注意：碱性环境不能出现H+酸性环境不能出现OH-第4页,共37页，2024年2月25日，星期天负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+，正极（石墨）:2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O2、干电池（NH4Cl糊状物为电解质、酸性）总反应：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O第5页,共37页，2024年2月25日，星期天钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO。3、银-锌电池（负极-锌、正极-Ag2O、电解质为KOH）负极：Zn+2OH-－2e-=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

第6页,共37页，2024年2月25日，星期天4、Ni-Cd电池电池

Ni-Cd电池：Cd+2NiO(OH)+2H2O==2Ni(OH)2+Cd(OH)2

Ni-Fe电池：Fe+2NiO(OH)+2H2O==2Ni(OH)2+Fe(OH)2

负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-第7页,共37页，2024年2月25日，星期天5.海水电池（电解质溶液为海水）负极：4Al-12e-=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3第8页,共37页，2024年2月25日，星期天（6）铅蓄电池:总电池反应:PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O电极：Pb为负极,PbO2为正极.电解液:H2SO4溶液电极反应式:放电时：为原电池负极(Pb)：Pb(s)＋SO42-(aq)－2e-＝PbSO4(s)

正极(PbO2)PbO2s＋4H

＋aq＋SO42－aq＋2e

＝PbSO4s＋2H2OL充电放电二次电池（可充电电池）：当电池中有2mol电子通过时，消耗硫酸？第9页,共37页，2024年2月25日，星期天7.锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：2Li-2e-=2Li+，正极：I2+2e-=2I-，总反应：2Li+I2=2LiI跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。第10页,共37页，2024年2月25日，星期天燃料电池第11页,共37页，2024年2月25日，星期天三、燃料电池：P77

连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池（与一般电池不同？P77）一般的可燃物均可与O2组成燃料电池，如H2、CO、CH4、N2H4、乙醇等。负极----可燃物；正极----氧气优点：①能量转化率高②污染小（环境友好、绿色电站）③装置可持续使用燃料缺点：①输出电压低②体积较大③附属设备多等电极本身不是活性物质，只是一个催化原件第12页,共37页，2024年2月25日，星期天1、氢氧燃料电池电极:Pt制作的惰性电极负极a:通入氢气正极b:通入氧气电解质:酸性、中性或碱性介质总反应式一定是2H2+Ｏ２=2H2OKOH溶液H2O2H2Oab电解质溶液的酸碱性不同，电极反应式不同第13页,共37页，2024年2月25日，星期天1、氢氧燃料电池介质电池反应：

2H2+Ｏ２=2H2O

酸性负极正极中性负极

正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-规律:酸性条件下不能出现OH－，碱性条件下不能出现H＋。第14页,共37页，2024年2月25日，星期天2、甲烷燃料电池②（电解质为KOH）负极：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O思考：甲醇燃料电池（电解质为KOH）负极：CH4-8e-+2H2O=CO2

+8H+正极：2O2+8e-+8H+

=4H2O总反应：CH4+2O2

=CO2+2H2O甲烷燃料电池①（电解质为H2SO4）第15页,共37页，2024年2月25日，星期天3、甲醇燃料电池（电解质为KOH）负极：2CH3OH

-12e-+16OH-=2CO32-+12H2O正极：3O2+12e-+6H2O=12OH-总反应：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O甲醇燃料电池（电解质为H2SO4）负极：2CH3OH

-12e-+2H2O=2CO2+12H+正极：3O2+12e-+12H+

=6H2O总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O第16页,共37页，2024年2月25日，星期天一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6+7O2+8KOH＝4K2CO3+10H2O，有关此电池的推断正确的是（）A．负极反应为：14H2O+7O2+28e－=28OH－B．放电一段时间后，负极周围pH升高C．每消耗1molC2H6，则电路上转移电子为14molD．放电过程中KOH的物质的量浓度不变C

练一练第17页,共37页，2024年2月25日，星期天4、熔融盐为电解质---燃料电池

是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、CO、---熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工作。

例：以Li2CO3和Na2CO3熔融物为电解质，一极通入CO，另一极通入CO2和O2，组成燃料电池。负极：2CO－4e-＋2CO32-=4CO2正极：O2＋4e－＋2CO2=2CO32-总反应：2CO+2O2

=2CO2第18页,共37页，2024年2月25日，星期天例：一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入甲烷气体；电解质是掺杂氧化钇

Y2O3

的氧化锆

ZrO2

晶体，在熔融状态下能传导O2

。5、熔融氧化物为电解质---燃料电池

负极：CH4-8e-+4O2

=CO2

+2H2O正极：2O2+8e-=4O2

总反应：CH4+2O2

=CO2+2H2O第19页,共37页，2024年2月25日，星期天（08宁夏卷）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(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e－

B．O2(g)+4H+(aq)+4e－=2H2O(L)C．CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－

D．O2(g)+2H2O(1)+4e－=4OH－

C例题1第20页,共37页，2024年2月25日，星期天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-+7H2O③正极上是O2获得电子，电极反应式为：

O2+2H2O+4e-=4OH-④电池放电后，溶液pH升高

A.①②③B.①③④C.①②④D.①②③④A第21页,共37页，2024年2月25日，星期天3.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：

1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2据此反应判断，下列叙述中正确的是（）A.电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极CD第22页,共37页，2024年2月25日，星期天【小结】书写燃料电池电极反应式一般分为三步：第一步，先写出燃料电池的总反应方程式；第二步，再写出燃料电池的正极反应式；第三步，在电子守恒的基础上用燃料电池的总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。注意：溶液的酸碱性第23页,共37页，2024年2月25日，星期天第24页,共37页，2024年2月25日，星期天第25页,共37页，2024年2月25日，星期天4、燃料电池（1）写出正确的燃烧反应化学方程式并找出两极放电的物质，负氧正还；（2）根据电解液（如溶液的酸碱性）改写燃料电池总反应；（3）写出正极的电极反应式；（4）由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式。第26页,共37页，2024年2月25日，星期天第一步，燃料电池总反应方程式的书写根据燃料燃烧反应写出燃料电池的总反应方程式#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，要考虑燃烧反应后产物是否与电解质发生反应

第27页,共37页，2024年2月25日，星期天第二步，燃料电池正极反应式的书写正极反应的本质都是O2得电子生成O2-离子，故正极反应式的基础都是O2＋4e-=2O2-

⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）O2-离子结合H+离子生成H2O正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O

⑵电解质为中性或碱性电解质溶液(如NaCl溶液或NaOH溶液)O2-离子结合H2O生成OH-离子正极反应式为O2＋2H2O+4e-=4OH-

第28页,共37页，2024年2月25日，星期天第三步，燃料电池负极反应式的书写一般燃料电池的负极反应式都是采用间接方法书写即在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式第29页,共37页，2024年2月25日，星期天【小结】直接书写燃料电池负极反应式

（1）写出氧化还原的基本框架（正极：氧化剂和还原产物；负极：还原剂和氧化产物）（2）分析氧化还原的得失电子数，配平电子数（3）根据电荷守恒和溶液酸碱性，通过H+和OH-

配平电荷数（4）根据元素守恒配H2O第30页,共37页，2024年2月25日，星期天4.银锌电池（电解质为KOH）5.海水电池（电解质溶液为海水）负极：4Al-12e-=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3负极：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-

总反应：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag第31页,共37页，2024年2月25日，星期天（09年海南化学·15）（9分）Li—SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4—SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2。请回答下列问题：（1）电池的负极材料为

，发生的电极反应为

；（2）电池正极发生的电极反应为

；（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是

，反应的化学方程式为

；（4）组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是

。Li－2e－=Li＋（2分）锂2SOCl2＋4e－=4Cl－＋S＋SO2（2分）出现白雾，有刺激性气体生成SOCl2＋H2O=SO2↑＋2HCl↑（3分）锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应（2分）高考题再现第32页,共37页，2024年2月25日，星期天2010浙江9.Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe有关该电池的下列中，正确的是A.Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价B.该电池的电池反应式为：2Li+FeS＝Li2S+FeC.负极的电极反应式为Al-3e-=Al3+[来D.充电时，阴极发生的电极反应式为：

C高考题再现第33页,共37页，2024年2月25日，星期天练习6、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，下列叙述不正确的是

A.放电时负极反应为：Zn－2e

＋