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1、燃料电池电极反应式的书写主讲老师：杨彩云主讲老师：杨彩云1. 什么是燃料电池？它的主要特点是什么？什么是燃料电池？它的主要特点是什么？ 2. 2. 常见的燃料电池有哪几类？常见的燃料电池有哪几类？ 3.如何快速书写燃料电池的电极反应式？如何快速书写燃料电池的电极反应式？学前学前思考思考1、燃料电池是一种连续地将燃料和氧化、燃料电池是一种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。剂的化学能直接转换成电能的化学电池。燃料电池能量转化率很高，可达燃料电池能量转化率很高，可达70以以上。上。2、不同于一般化学电池将活性物质储存、不同于一般化学电池将活性物质储存在电池内部，燃料电池电极本身不
2、含活在电池内部，燃料电池电极本身不含活性物质，只是一个催化转化元件，工作性物质，只是一个催化转化元件，工作时燃料和氧化剂连续地由外部供给，在时燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电被排除，于是电池就连续不断地提供电能。能。导学导学3、燃料电池、燃料电池负极负极一般通入一般通入可燃性可燃性气体气体，如（，如（H2、CH4 、 C2H5OH等），等），正正极极一般通入助燃性一般通入助燃性气体气体，如，如O2 。负极负极正极正极O22O-2H2O (酸性酸性) OH-（碱性）（碱性）导学导学4、燃料电池的
3、总反应式相当于燃料、燃料电池的总反应式相当于燃料燃烧化学方程式。燃烧化学方程式。【例题分析例题分析】1969年美国年美国“阿波罗阿波罗11号号”登月成功。登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池构造如右图飞船上使用的氢氧燃料电池构造如右图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。写出电极反应式和总化学方程式。写出电极反应式和总化学方程式。总化学方程式总化学方程式负极负极正极正极2H2 + O2 = 2H2OO2+2H2O+4e- = 4OH-2H2+4OH- -4e- = 4H2O 2H2 - 4e-
4、= 4H+）4H+ + 4OH- = 2H2O(后续反应后续反应)2H2 2 +4OH- - 4e- = 4H2 2O -)介质介质 电池总反应：电池总反应： 2H2 +O2 = 2H2O 酸性酸性负极负极正极正极中性中性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极氢氧燃料电池氢氧燃料电池2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 4H2O2H2 +4OH- - 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-结合介质溶液的酸碱性，考虑后续反应：结合介质溶液的酸碱性，考虑后续反应：
5、H+ + OH- = H2O活学活用活学活用 1、写出、写出CH4、O2、KOH溶液组成的燃溶液组成的燃料电池的电极反应式。料电池的电极反应式。燃烧总反应：燃烧总反应：CH4+2O2 = CO2+ 2H2O 燃料电池总反应：燃料电池总反应： CH4+2OH-+2O2= CO32-+3H2O正极：正极：2O2+4H2O+ 8e-= 8OH-负极：负极：CH4+10OH-8e-= CO32-+7H2O后续反应：后续反应：CO2+2OH-=CO32-+H2O有没有更简洁的方法有没有更简洁的方法？活学活用活学活用 1、写出、写出CH4、O2、KOH溶液组成的燃溶液组成的燃料电池的电极反应式。料电池的电
6、极反应式。 负极的电极反应式的书写负极的电极反应式的书写化合价升高八价，故有化合价升高八价，故有方法：守恒分析法方法：守恒分析法 首先确定还原剂、氧化产物及失去的电子数（电子守首先确定还原剂、氧化产物及失去的电子数（电子守恒），然后依据介质（恒），然后依据介质（H+或或OH-）来使电子和原子个数）来使电子和原子个数守恒守恒1、电子守恒、电子守恒CH4-CO32-+-8e-CO2CH4CO32- CH4是还原剂，是还原剂，CO2是氧化产物，但后续是氧化产物，但后续反应中反应中CO2与与OH-反应生成反应生成CO32-2、电荷守恒、电荷守恒 左边失去左边失去8个电子，右边有个电子，右边有2个负电荷
7、，要想使电个负电荷，要想使电荷守恒，应在左边加上荷守恒，应在左边加上10个负电荷（为什么？），即个负电荷（为什么？），即CH4 -8e- CO32-CH4-+CO2CO32-+ OH-8e-+ H2O107抓得失电子守恒、抓得失电子守恒、电荷守恒和原子电荷守恒和原子守恒快速书写守恒快速书写+10OH- 3、原子守恒、原子守恒 将将H、O原子数配平得原子数配平得迁移应用迁移应用 写出写出CH4、O2、H2SO4溶液组成的燃料溶液组成的燃料电池的负极的电极反应式。电池的负极的电极反应式。【方法归纳方法归纳方法归纳方法归纳】（1 1 1 1）由）由）由）由“电子守恒电子守恒电子守恒电子守恒”并根据化
8、合价的升高值确定失去的并根据化合价的升高值确定失去的并根据化合价的升高值确定失去的并根据化合价的升高值确定失去的电子数；电子数；电子数；电子数；书写负极的电极反应式可分为三步：书写负极的电极反应式可分为三步：书写负极的电极反应式可分为三步：书写负极的电极反应式可分为三步：即按照即按照即按照即按照“三恒三恒三恒三恒”顺序书写负极反应式：顺序书写负极反应式：顺序书写负极反应式：顺序书写负极反应式：电子守恒电子守恒电子守恒电子守恒电荷守恒电荷守恒电荷守恒电荷守恒原子守恒原子守恒原子守恒原子守恒（2 2 2 2）由）由）由）由“电荷守恒电荷守恒电荷守恒电荷守恒”确定参与反应的介质（确定参与反应的介质（
9、确定参与反应的介质（确定参与反应的介质（H H H H+ + + +或或或或OHOHOHOH- - - -）的）的）的）的物质的量；物质的量；物质的量；物质的量；（3 3 3 3）由）由）由）由“原子守恒原子守恒原子守恒原子守恒”得出完整的电极反应式；得出完整的电极反应式；得出完整的电极反应式；得出完整的电极反应式；2、如右图所示，二甲醚直接燃料电池有、如右图所示，二甲醚直接燃料电池有 启动快、效率高等优点，其能量密度启动快、效率高等优点，其能量密度 高于甲醇直接燃料电池。高于甲醇直接燃料电池。写出二甲醚直接燃料电池的负极反应式写出二甲醚直接燃料电池的负极反应式酸性电解质酸性电解质CH3OCH
10、3-2+CO2+ H+- e-+ H2O12-2有机物中氢元素一般为有机物中氢元素一般为正正1价；氧元素为负价；氧元素为负2价，价，再根据化合价法则推断再根据化合价法则推断碳元素的化合价。碳元素的化合价。11223 3、熔融盐、熔融盐燃料电池燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用具有高的发电效率，因而受到重视。可用 Li2CO3和和Na2CO3的的熔融盐熔融盐混合物用电解质，混合物用电解质，CO为负极燃为负极燃 气，空气与气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得的混合气为正极助燃气，制得6500下工作下工作 的燃料电池，完成有关的电池反应式的燃料电池，完成有关的电池反应式: 负极电极反
11、应式负极电极反应式: ， 正极反应式正极反应式:O2+2CO2+4e- =2CO32- 电池总反应式电池总反应式: 。电池总反应式：电池总反应式：2CO +O2= 2CO2负极电极反应式：负极电极反应式： 2CO+2CO32-4e- =4CO2 （1 1 1 1）碱性电解质溶液环境下：）碱性电解质溶液环境下：）碱性电解质溶液环境下：）碱性电解质溶液环境下：（2 2 2 2）酸性电解质溶液环境下：）酸性电解质溶液环境下：）酸性电解质溶液环境下：）酸性电解质溶液环境下：（3 3 3 3）固体电解质（高温下能传导）固体电解质（高温下能传导）固体电解质（高温下能传导）固体电解质（高温下能传导O O O
12、 O2-2-2-2-）环境下：）环境下：）环境下：）环境下：（4 4 4 4）熔融碳酸盐环境下：）熔融碳酸盐环境下：）熔融碳酸盐环境下：）熔融碳酸盐环境下：注意：注意：如果正极是氧气参与反应，则熟记以下电极反应式的正极如果正极是氧气参与反应，则熟记以下电极反应式的正极如果正极是氧气参与反应，则熟记以下电极反应式的正极如果正极是氧气参与反应，则熟记以下电极反应式的正极反应式：反应式：反应式：反应式：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-O2 + 4H+ + 4e- = 2H2OO2 + 4e- = 2O2-O2 +2CO2+ 4e- = 2CO32-小结：（1 1 1 1）写出燃烧反应正确的
13、化学方程式；）写出燃烧反应正确的化学方程式；）写出燃烧反应正确的化学方程式；）写出燃烧反应正确的化学方程式；（2 2 2 2）根据电解液改写燃料电池总反应式；）根据电解液改写燃料电池总反应式；）根据电解液改写燃料电池总反应式；）根据电解液改写燃料电池总反应式；（3 3 3 3）写出正极的电极反应式）写出正极的电极反应式）写出正极的电极反应式）写出正极的电极反应式( ( ( (一般较简单一般较简单一般较简单一般较简单) ) ) )；（4 4 4 4）利用）利用）利用）利用“三恒三恒三恒三恒”顺序书写负极反应式。顺序书写负极反应式。顺序书写负极反应式。顺序书写负极反应式。书写燃料电池的电极反应式和总反应式书写燃料电池的电极反应式和总反应式书写燃料电池的电极反应式和总反应式书写燃料电池的电极反应式和总反应式的一般步骤为：的一般步骤为：的一般步骤为：的一般步骤为：友情提醒：友情提醒：友情提醒：友情提醒： 特别注意电解质的特别注意电解质的状态状态，还要结合溶液的，还要结合溶液的 酸碱性酸碱性，考虑，考虑后续反应后续反应。
