難點(diǎn)23燃料電池

1、難點(diǎn)23燃料電池燃料電池兩電極都不參加反應(yīng)，反應(yīng)的是通到電極上的燃料和氧氣，電極反應(yīng)式的書寫有難度。難點(diǎn)磁場(chǎng)請(qǐng)?jiān)囎鱿铝蓄}目，然后自我界定學(xué)習(xí)本篇是否需要。熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)猓频迷?50 下工作的燃料電池，完成有關(guān)的電池反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO2CO4CO24e正極反應(yīng)式： ?？傠姵胤磻?yīng)式： 。案例探究例題某原電池中盛有KOH濃溶液，若分別向_(填“正”或“負(fù)”，下同)極通入可燃性氣體，向_極通入O2，則電路中就有電流通過，試完成下列問題：可燃性氣體正極反應(yīng)負(fù)極反

2、應(yīng)電池總反應(yīng)pH變化(1)H2(2)H2S(3)CO(4)CH4(5)C2H4(6)C2H2命題意圖：考查學(xué)生書寫燃料電池電極反應(yīng)的能力。知識(shí)依托：原電池原理和氧化還原反應(yīng)原理。錯(cuò)解分析：忽視電解質(zhì)溶液是KOH溶液，誤以為負(fù)極能放出酸性氣體。解題思路：燃料電池中，負(fù)極通入的氣體具有可燃性，在反應(yīng)中失去電子，被氧化到較高價(jià)態(tài)：氫元素將被氧化到最高價(jià)：1價(jià)，在堿性溶液中產(chǎn)物不是H，而是H2OH與OH結(jié)合的產(chǎn)物。H2S中硫元素，含碳物質(zhì)中的碳元素將被氧化到4價(jià)，而4價(jià)的硫(或4價(jià)的碳)又不能單獨(dú)存在，在其常見形式SO2和SO (或CO2和CO)中，因周圍環(huán)境顯堿性生成酸性氧化物是不可能的，產(chǎn)物應(yīng)為S

3、O (或CO)，O2由誰來提供？顯然是OH，提供O2后裸離的H怎么辦？與別的OH結(jié)合生成H2O。若燃料中含有1價(jià)的氫元素，則它反應(yīng)前后的價(jià)態(tài)不變(都是1價(jià))，氫元素反應(yīng)前在含碳燃料中，反應(yīng)后在生成物水中。負(fù)極電極反應(yīng)式可根據(jù)電荷守恒而配平。燃料電池中，正極通入的O2得電子被還原，成為O2。O24e=2O2O2被H2O分子俘獲變?yōu)镺H：H2OO2=2OH將正、負(fù)兩極電極反應(yīng)式疊加，可得電池總反應(yīng)。根據(jù)電池總反應(yīng)可判定電解質(zhì)溶液pH的變化。答案：正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)電池總反應(yīng)pH變化(1)O24e2H2O=4OHH22e2OH=2H2O2H2O2=2H2O變小(2)H2S6e8OH=SO5H2O2H2

4、S3O24OH=2SO4H2O變小(3)CO2e4OH=CO2H2O2COO24OH=2CO2H2O變小(4)CH48e10OH=CO7H2OCH42O22OH=CO3H2O變小(5)C2H412e16OH=2CO10H2OC2H43O24OH=2CO4H2O變小(6)C2H210e14OH=2CO8H2O2C2H25O28OH=4CO6H2O變小錦囊妙計(jì)燃料電池的負(fù)極反應(yīng)，一般較難寫出，而正極反應(yīng)和電池總反應(yīng)卻較易寫出。用電池總反應(yīng)減去正極反應(yīng)可得負(fù)極反應(yīng)，這是寫負(fù)極反應(yīng)式的一種巧妙方法。殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練1.()將例題中的惰性電極改為Al電極和Mg電極，并停止通氣體，則：(1)正極反應(yīng)為： ；(

5、2)負(fù)極反應(yīng)為： ；(3)電極總反應(yīng)式為：_；電解質(zhì)溶液的pH變化為：_(填“增大”“不變”或“變小”)。2.()將例題中的“KOH(aq)”改為：稀H2SO4，其他同例題，試回答前(4)問。3.()將Al、Fe兩電極分別插入盛有稀HNO3的電解質(zhì)溶液中組成原電池，試回答1題中三個(gè)問題。4.()將Al、Cu兩電極分別插入盛有18.4 mol·L1的H2SO4(aq)中組成原電池，試回答1中三問。附：參考答案難點(diǎn)磁場(chǎng)提示：原電池中，正極上富余電子，通入正極上的O2得到電子：O24e=2O2O2半徑很小，在熔鹽中不能單獨(dú)存在，被CO2分子俘獲：CO2O2=CO將正、負(fù)兩極上的電極反應(yīng)式疊

6、加，可得總反應(yīng)方程式。答案：O22CO24e=2CO2COO2=2CO2殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練1.提示：堿性溶液中，Al比Mg活潑，負(fù)極上Al失去電子。正極上H2O得電子，逸出H2，生成OH。答案：(1)6H2O6e=6OH3H2(或6H6e=3H2)(2)2Al6e8OH=2AlO4H2O(3)2Al2OH2H2O=2AlO3H2變小2.提示：負(fù)極上，H2、H2S、CO、CH4失電子，分別生成H、H和SO2、CO2、H和CO2，產(chǎn)物中O原子由H2O提供。正極上，O2得電子變?yōu)镺2，O2與H結(jié)合生成H2O。如果有水生成，溶液的濃度和pH都會(huì)發(fā)生變化。答案：正極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)電池總反應(yīng)pH變化(1)O24e

7、4H+=2H2OH22e=2H+2H2O2=2H2O變大(2)H2S6e2H2O=SO26H+2H2S3O2=2SO2H2O變大(3)CO2eH2O=CO22H+2COO2=CO2不變(4)CH48e2H2O=CO28H+CH42O2=CO22H2O變大3.提示：活潑金屬Al失電子變成Al3，電子由負(fù)極流向正極，正極上NO (而非H)得電子變成NO逸出，同時(shí)有H參加反應(yīng)，與NO的另外2個(gè)2價(jià)的O原子結(jié)合成H2O分子。答案：(1)4HNO3e=2H2ONO(2)Al3e=Al3(3)Al4H2NO=Al32H2ONO變大4.解析：活潑金屬Al在濃硫酸中鈍化，Cu作負(fù)極失去電子成為Cu2，電子流向正極，正極上溶液中的H2SO4分子得到電子變?yōu)镠2O和SO2。由于純硫酸的電離度大于純水的電離度。而在水參加的電極反應(yīng)式中，H2O分子可拆為H和OH，所以濃硫酸參加的電極反應(yīng)式中，H2SO4分子可拆成H和SO；而依照離子方程式的寫法，可知在電池反應(yīng)中H2SO4分子不能拆分為離子。因?yàn)殡姵胤磻?yīng)中，H2SO4被消耗，且有H2O生成，所以H2SO4逐漸變稀，c(H)逐漸變大，pH逐漸變小，直至濃H2SO4變成稀H2SO4，Cu與稀H2SO4不再發(fā)生反應(yīng)。但這時(shí)Al與稀H2SO4發(fā)生反應(yīng)，負(fù)極上Al失電子變?yōu)锳l3，正極上H得電子變?yōu)镠2。稀H2SO4被消耗，c(H)變小，pH變大。