2024-2025學年新教材高中化學第4章化學反應與電能教考銜接4燃料電池模型及應用課件新人教版選擇性必修1

第四章

教考銜接4燃料電池模型及應用深挖教材1.教材模型及分析教材模型教材模型氫氧燃料電池工作原理示意圖如下:模型分析(1)氫氧燃料電池的構成:以H2為燃料,O2為氧化劑,鉑作電極材料,電解質溶液可以是酸性(如H2SO4溶液),也可以是堿性(如KOH溶液)。(2)氫氧燃料電池的工作原理(電解液為H2SO4溶液):①負極:通入H2,H2在Pt催化劑下分解為H,H失去電子成為H+進入電解質溶液,電極反應式為H2-2e-===2H+。②正極:通入O2,H+通過質子交換膜進入正極室,O2得到電子生成H2O,電極反應式為O2+4H++4e-===2H2O。③總反應:2H2+O2===2H2O。2.模型應用與指導(1)燃料電池中,可燃物通入負極,發(fā)生氧化反應;氧化劑(氧氣或空氣等)通入正極,發(fā)生還原反應。(2)燃料電池中,陽離子向正極區(qū)遷移,陰離子向負極區(qū)遷移;電子由負極經導線流向正極,電流的流向:正極→導線(用電器)→負極→電解液→正極。(3)燃料電池的電極及電池總反應的書寫①負極反應[以堿性(KOH溶液)-甲烷燃料為例]②正極反應因為是強堿性介質,所以正極反應為O2+2H2O+4e-===4OH-。③電池總反應依據(jù)得失電子守恒配平兩極反應式,然后將兩極反應式相加可得電池總反應式。鏈接高考模型應用1

清潔燃料電池——(直接應用)1.(2021·山東卷)以KOH溶液為離子導體,分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池。下列說法正確的是(

)A.放電過程中,K+均向負極移動B.放電過程中,KOH物質的量均減小C.消耗等質量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D.消耗1molO2時,理論上N2H4-O2燃料電池氣體產物的體積在標準狀況下為11.2LC解析

燃料電池放電時,陽離子向正極移動,故K+均向正極移動,A錯誤;N2H4-O2清潔燃料電池的產物是N2和H2O,其總反應中未消耗KOH,故KOH的物質的量不變,其他兩種燃料電池中KOH的物質的量減小,B錯誤;理論放電量與燃料的物質的量和轉移電子數(shù)有關,設消耗燃料的質量均為m

g,則甲醇、確;N2H4-O2清潔燃料電池總反應為N2H4+O2===N2+2H2O,消耗1

mol

O2同時生成1

mol

N2,在標準狀況下體積約為22.4

L,D錯誤。關鍵信息

①以KOH溶液為離子導體,CH3OH-O2燃料電池反應產物是K2CO3和H2O;N2H4-O2燃料電池反應產物是N2和H2O;(CH3)2NNH2-O2燃料電池反應產物是K2CO3、N2和H2O。②N2H4-O2燃料電池生成N2和H2O,存在定量關系:N2H4~O2~N2~4e-。模型應用2

VB2-O2燃料電池——(創(chuàng)新應用)2.(2020·全國Ⅲ卷)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示,其中在VB2電極發(fā)生反應:VB2+16OH--11e-===+2[B(OH)4]-+4H2O。該電池工作時,下列說法錯誤的是(

)A.負載通過0.04mol電子時,有0.224L(標準狀況)O2參與反應B.正極區(qū)溶液的pH降低、負極區(qū)溶液的pH升高C.電池總反應為4VB2+11O2+20OH-+6H2O===8[B(OH)4]-+D.電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極B解析

復合碳電極為正極,電極反應式為O2+4e-+2H2O===4OH-,當負載通過0.04

mol

電子時,正極有0.01

mol

O2參與反應,在標準狀況下的體積約為0.224

L,A正確;根據(jù)正、負極的電極反應式可知,負極消耗OH-,pH降低,而正極區(qū)生成OH-,pH升高,B錯誤;在得失電子守恒的基礎上,將正、負極電極反應式相加可得總反應為4VB2+11O2+20OH-+6H2O