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燃料电池电极反应式的书写ppt课件

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燃料电池电极反应式的书写共28页

燃料电池电极反应式的书写共28页

▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
28

燃料电池电极反应式的书写

燃料电池电极反应式的书写

第三步：根据电池总反应式和正极反应式写 出电池的负极反应式
电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系
电池的总反应式 = 电池正极反应式 + 电池负极反应式 电池的总反应式 - 电池正极反应式 = 电池负极反应式
注意：在将两个反应式相减时，要约去正极 的反应物O2
甲烷燃料电池为例
酸性条件
电池总反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O ①
四种情况正极反应式：
（1）酸性电解质溶液环境
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
（2）碱性或中性电解质溶液环境
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH（3）固体电解质（高温下能传导O2-）环境
O2 + 4e- = 2O2（4）熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境
O2+ 2CO2 + 4e－＝ 2CO32-
三、燃料电池电极反应式的书写
三、燃料电池电极反应式的书写
电极：惰性电极。
燃料：H2；烃如：CH4；醇如：C2H5OH等
电解质包含： ①酸性电解质溶液如：H2SO4溶液 ②碱性电解质溶液如：NaOH溶液 ③熔融氧化物如：Y2O3; ④熔融碳酸盐如：K2CO3等。
第一步：写出电池总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能 和电解质反应则总反应为加合后的反应。 甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的反应为：
电池正极反应：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
①-②×2，得燃料电池负极反应：
②
CH4 - 8e- + 2H2O = CO2 &氧燃料电池
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

燃料电池电极方程式的书写和技巧(必修2)

燃料电池电极方程式的书写和技巧(必修2)

燃料电极方程式的书写和技巧
二、书写正极反应式
1、酸性电解质溶液（如H2SO4溶液） 正极反应式：O2 + 4H+ + 4e﹣ = 2H2O 2、碱性电解质溶液（如NaOH或KOH溶液） 正极反应式：O2 + 2H2O + 4e﹣ = 4OH﹣
3、熔融的碳酸盐电解质（如Li2CO3和Na2CO3熔
融盐混合物） 正极反应式：O2 + 2CO2 + 4e﹣ = 2CO32﹣ 4、固体电解质（如固体氧化锆—氧化钇，固体Байду номын сангаас电解质在高温下可允许O2﹣在其间通过）
2、如果是含碳元素的可燃物
①酸性电解质：总反应方程式同燃烧的方程式一 样。 甲烷燃料电池的总反应方程式：
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
②碱性电解质
由于燃烧产物CO2和碱液反应， CO2 + OH﹣ = CO32﹣ + H2O 所以燃料电池的总反应方程式应该是燃烧方程式 与CO2和碱液反应方程式叠加后的反应式，即： 甲烷燃料电池的总反应方程式： CH4 + 2O2 + 2OH﹣ = CO32﹣ + 3H2O
2、甲烷燃料电池
① 酸性电解液
总：CH4 + 2O2 = CO2+2H2O 正：O2 + 4H+ + 4e﹣ = 2H2O 负：CH4 + 2H2O﹣ 8e﹣ = CO2 + 8H+
② 碱性电解液 总：CH4 + 2O2 + 2OH﹣ = CO32﹣ + 3H2O 正：O2 + 2H2O + 4e﹣ = 4OH﹣ 负：CH4 + 10OH﹣﹣ 8e﹣ = CO32﹣ + 7H2O

《燃料电池电极反应式的书写》上课课件(省级优质课获奖案例)

《燃料电池电极反应式的书写》上课课件(省级优质课获奖案例)

学生活动一：
合作小组 领 取 任 务 卡
抽签 确定 自制氢氧酸性燃料电池，并通过动手做实验总结出： 燃料电池的形成条件、正负极的确定等。 抽签 确定 自制碱性氢氧燃料电池，并通过动手做实验探究燃料电 池的工作原理。 抽签 确定 收集整理燃料电池的种类、优点及应用等。 抽签 确定 用现代技术探究肼和氨类（如N 2H4 _O2 /NaOH, N H3 _O NaOH）燃料电池电极反应式的书写，并总结规律。 2/ 抽签 确定 用现代技术探究烃类（如CH4 _O2 /H2 SO4 ，CH4 _O2 /NaOH）燃料电池电极反应式的书写，并总结规律。 抽签 确定 自选方法探究固体氧化物燃料电池（以H2_O2 /固体氧化 物且高温传导O2-、CH4 _O2 /传导O2-为例）电极反应式 的书写，并总结规律。 抽签 确定 用传统方法探究熔融碳酸盐燃料电池（以CO–O2 /熔融 Li2CO3且正极充入CO2、CH4 _O2 / K2 CO3且正极充入CO2
↓ ↓ ↓
失负氧（“师父养”）（关键） 燃料电池 （深化）
↓
知识迁移 ：
新型化学电池中 各类介质的书写 规律
电极反应式的书写（核心）
↓
解决高考中出现新型电池（应用）
环节3：:学以致用，能力提升
【学生练习1】
（2016年高考天津卷,10）氢能是发展中的新能 源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环 节。回答下列问题： （1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是___(至 少答出两点)。 污染小、可再生、资源丰富、燃烧热值高等 但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池， 写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式： ____________ 。 H -2e +2OH-=2H O
3、加减法

燃料电池电极反应式的书写

燃料电池电极反应式的书写
正极：O2＋2CO2 +4e-=2CO32-，
负极：2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O ⑶为了使该燃料电池长时间稳定运营，电池旳电解质构成 应保持稳定。为此，必须在通入旳空气中加入一种物质， 加入旳物质是什么，它从哪里来？
从上述电极反应式可看出，要使该电池旳电解质构成保 持稳定，在通入旳空气中应加入CO2，它从负极反应产 物中来。
注意：适时利用”减法“
当电解质溶液呈酸性时；
负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O
氢氧燃料电池电极反应式旳书写
A
电池总反应：2H2 +O2= 2H2O
多
孔
氢气
电
极
多
孔 电
氧气
极
电解质
负极
正极
液体电解质 ①KOH溶液 ②H2SO4溶液
例1
解析：首先明确a为负极，这么电子应该是经过外 电路由a极流向b，A错；B选项反应应为 O2+4e-+4H+=2H2O ; C没有告知原则情况。
D、甲烷燃料电池旳能量利用率比甲烷燃烧旳能量利用率大
⑶电解质为熔融旳碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）
在熔融旳碳酸盐环境中，O2-离子也不能单独存在， O2-离子可 结合CO2生成CO32-离子，则其正极反应式为O2＋2CO2 +4e-=2CO32-。
⑶电解质为熔融旳碳酸盐（如LiCO3和Na2CO3熔融盐混和物）
3. 按燃料类型分。
3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池
燃料电池旳种类
燃 类料 型电碱c池e性ll)燃碱 电性 池料燃电料池磷料（酸电A型池F燃C）（质 互 膜al子 换 燃kal熔盐池in融燃e碳 料f酸 电uel固 物 池体 燃氧 料化 电

第四章 化学反应与电能-高二化学课件(人教版2019选择性必修1)

第四章 化学反应与电能-高二化学课件(人教版2019选择性必修1)

【习题佐证】
1、随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车族的“新宠”。某电动
汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如图所示，且电解质为
一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式为：
LixC6＋Li1－xCoO2
D C6＋LiCoO2。下列说法不正确的是( )
A.放电时，正极锂的化合价未发生改变 B.充电时Li＋移动方向：右室→左室 C.放电时负极的电极反应式：LixC6－xe－=C6＋xLi＋ D.充电时阳极的电极反应式：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2
→放电时则相反，负极Li＋浓度大，Li＋从负极脱嵌，经电解质向正极扩 散并嵌入正极。负极的电子同时释放通过外电路，经过用电器到达正极 与Li＋复合。回正极的Li＋越多，流经外电路的电子越多(放电越多)。
这种充放电时Li＋往返的嵌入和脱嵌过程好像摇椅一样摇来摇去， 故锂离子电池又称为“摇椅电池”。
以锂离子电池反应为例：CoO2 + LiC6
总反应 FePO4＋Li
LiFePO4
负极反应 Li－e－=Li＋
正极反应 FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4
总反应 LixC6＋Li3-xNiCoMnO6
C6＋Li3NiCoMnO6
负极反应 LixC6－xe－=xLi＋＋C6 正极反应 Li3-xNiCoMnO6 ＋xe－＋xLi＋=Li3NiCoMnO6
_________________________
负H极S－反＋应4式H为2O：－8e－=SO42－＋9H＋
_____________________________
二、锂离子电池解题策略
先介绍一下比较公认的摇椅理论

燃料电池+课件2022-2023学年高二上学期化学苏教版(2019)选择性必修一


交流讨论
结合实验现象，思考下列问题。 (1)连接二极管时，如何判断燃料电池的正、负极？
接通学生电源，两端产生氢气和氧气的体积比为2∶1，由于氢气的体积大， 玻璃导管内的液柱先溢出，作燃料电池的负极。 (2)什么现象可以证明处于不同电极的氢气和氧气发生了反应？ 二极管发光。
批判性思维
我国火力发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右，发电效率约40%。同时， 全国大约90%的二氧化硫和80%的二氧化碳的排放量也是由煤燃烧产生的。 目前，我国正在开展整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池( IG-MCFC)发电系统的开发 研究，将燃料电池发电技术与整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术相结合，该技 术是21世纪洁净煤发电技术的一个重要方向。
方法导引
燃料电池电极反应式的书写方法
以CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式为例：
第一步 确定生成物 CH4―O―→2 HCO2O2―K―O―→H CO23－＋H2O
燃料
e﹣
O2
第二步 确定电子转移和变价元素原子守恒
－4
＋4
C H4－8e－―→ C O23－＋H2O
负极
正极
第三步 第四步
依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO23－＋H2O 依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数
请查阅有关资料和数据，从能量转化、资源 的合理利用、环境保护等角度说明该技术发 展在解决能源问题中发挥的重要作用。
化学·生活
废电池的危害与回收利用
废弃电池中的汞在微生物的作用下，无机汞可以转化成甲基汞， 甲基汞能严重破坏人的神经系统，重者会发疯致死。著名的日 本水俣病就是甲基汞所致。镉能使人的肝和肾受损，也会引起 骨质松软，重者造成骨骼变形。汽车废电池中含有酸和重金属 铅，泄漏到自然界可引起土壤和水源污染，最终对人造成危害。

燃料电池电极方程式的书写和技巧ppt课件


02
电极反应基本原理
阳极氧化反应过程
01
02
03
燃料氧化
在阳极，燃料（如氢气、 甲烷等）发生氧化反应， 释放出电子。
电子传递
氧化反应产生的电子通过 外电路传递到阴极。
离子生成
燃料氧化产生的离子（如 氢离子）通过电解质传递 到阴极。
阴极还原反应过程
氧还原
在阴极，氧气接受电子发 生还原反应，与从阳极传 递来的离子结合生成水或 氢氧根离子。
实验材料
燃料电池、电极、电解质、气体供应 系统等
装置搭建
按照实验要求搭建燃料电池装置，确 保电极与电解质充分接触，气体供应 系统正常运行
数据记录与处理技巧
数据记录
实时记录燃料电池的电压、流、功率等关键参数，以及电 极表面的变化情况
数据处理
对实验数据进行整理、分析和可视化处理，提取有用信息， 为后续结果讨论和误差分析提供依据
便携性
由于使用液体燃料，DMFC可以更容易地实现小型化和便携化，适 用于笔记本电脑、手机等便携式电子设备。
低温操作
DMFC也可以在较低的温度下工作，这使得其适用于一些特殊的应 用场景。
THANKS
感谢观看
。
便携式电源
燃料电池可作为便携式电源， 用于野外作业、应急救援等场 合，具有续航时间长、重量轻 等优点。
固定式发电
燃料电池可作为固定式发电装 置，用于家庭、医院、学校等 场合的备用电源或分布式发电 系统。
航空航天
燃料电池具有高能量密度、低 重量等优点，可用于航空航天 领域的无人机、卫星等设备的
动力源。
酸性燃料电池
以硫酸为电解质溶液，阳极发生氧化 反应，阴极发生还原反应。
熔融盐燃料电池

不同介质下燃料电池电极反应式的书写(共14张PPT)

第7页，共14页。
-2
0
+4 -2
-2
2CH3OH + 3O2 +4OH－ = 2CO32 － + 6H2O ～12e－
↑ 2× 6e－ ↓ 6× 2e－
（-）负极：CH3OH
2 CH3OH -162ee－－ +16OH－= 2 CO32 － +12H2O
（+）正极：O2
3OO22++142ee－－ +6H2O = 12 OH－ H2O O2—
第8页，共14页。
CH3OH 、O2 燃料电池
酸性电解质：H2SO4溶液
H+ 移向正极
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 +4H2O
（-）负极：CH3OH
2CH3OH －－126ee－－+ 2 H2O = 2 CO2 +12 H+
（+）正极：O2
3 O2+ 1+24ee－－+12H+ = 6 H2O OH－ O2— O2—+ 2H+ = H2O
第10页，共14页。
CH3OH 、O2 燃料电池
熔融氧化物电解质：如掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质，在高 温下能传导正极生成的O2－
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 +4H2O
（-）负极：CH3OH
O2－移向负极
2 CH3OH － 61e2－e－+ 6O2－ = 2 CO2 ↑ + 4H2O
第9页，共14页。
CH3OH 、O2 燃料电池
熔融盐电解质，如熔融的K2CO3
CO32－移向负极
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 +4H2O

专题复习：燃料电池电极反应式的书写36张ppt


2、甲烷燃料电池
① 酸性电解液
总：CH4 + 2O2 = 2H2O +CO2 正： 极 O2 + 4H+ + 4e﹣ = 2H2O 负极：CH4 + 2H2O﹣ 8e﹣ = CO2 + 8H+
② 碱性电解液 总：CH4 + 2O2 + 2OH﹣ = CO32﹣ + 3H2O 正： 极 O2 + 2H2O + 4e﹣ = 4OH﹣ 负极：CH4 + 10OH﹣﹣ 8e﹣ = CO32﹣ + 7H2O
确定最终电极反应式
H2 -
2e-
= 2H+
= 2H2O
2H+ + 2OH正极：
O2
+ 4e-
= 2O2= 4OH= 4OH-
H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O
2O2- + 2H2O O2+4e-+ 2H2O
燃料电池电极反应式的书写
若为酸性电解质：H2SO4 该如何写？
负极电极反应式：H2- 2e- = 2H+ 正极电极反应式： 1、确定最初产物
燃料电池电极反应式的书写 甲醇燃料电池（电解质溶液为：KOH溶液） 负极电极反应式：
-2 +4
CH3OH -6e-
+ 8 OH- =
2CO2 3
+ 6 H 2O
正极电极反应式：
O2 + 4e= 2O2-
2O2- + 2H2O
= 4OH-
O2 +4e-+2H2O = 4OH-
燃料电池电极反应式的书写 【拓展练习】
高考专题复习
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如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO2和H2O，即 CH4+2O2=CO2+2H2O；在碱性电解质中生成CO32-离子和H2O，即 CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。
.
2、燃料电池正极反应式的书写
因为燃料电池正极反应物一般是氧气，正极都是氧化剂氧气 得到电子的还原反应，所以可先写出正极反应式，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-。正极产生O2-离子的存在形式与燃料电池的电 解质的状态和电解质溶液的酸碱性有着密切的关系。这是非 常重要的一步。现将与电解质有关的几种情况归纳如下。
注意：适时运用”减法“
.
当电解质溶液呈酸性时；
负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O
.
氢氧燃料电池电极反应式的书写
A
电池总反应：2H2 +O2= 2H2O
多
孔
氢气
电
极
多
孔 电
氧气
极Leabharlann 电解质负极正极液体电解质 ①KOH溶液 ②H2SO4溶液
.
例1
解析：首先明确a为负极，这样电子应该是通过外 电路由a极流向b，A错；B选项反应应为 O2+4e-+4H+=2H2O ; C没有告知标准状况。
⑴这种电池放电时发生的化学反应方程式
是 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 。 ⑵此电池的正极发生的电极反应 3O2＋12H++12e-=6H2O
是
2CH3OH+2H；2O负－极12发e-=生2C的O电2↑+极12反H+应
.
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料
与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化成 电能的一类原电池。
.
氢氧燃料电池
1967年氢氧燃料电池首次被用作阿波罗宇宙飞船的 电源。用两个多孔石墨电极（分别含有不同的催化 剂）插入作为电解质的30%的KOH水溶液中，氧气 和氢气分别不断通入正极和负极并不断被消耗。
.
燃料电池的分类
一、燃料电池的分类
1、按燃料电池的运行机理分。 分为酸性燃料电池和碱性燃料电池
2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质
2.1碱性燃料电池（AFC） 2.3磷酸燃料电池（PAFC） 2.4熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 2.2质子交换膜燃料电池（PEMFC） 2.5固体氧化物燃料电池（SOFC）
.
⑴电解质为酸性电解质溶液（如稀硫 酸） 在酸性环境中，O2-离子不能单独存在，可供O2离子结合的微粒有H+离子和H2O，O2-离子优先结 合H+离子生成H2O。这样，在酸性电解质溶液中， 正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O。
.
例2、科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要 途径，美国已计划将甲醇燃料用于军事目的。一种甲醇 燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电 解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空 气。试回答下列问题：
(2010年安徽理综）某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电 解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：
D 2H2+O2=2H2O，下列有关说法正确的是( )
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为：
O2＋2H2O＋4e－=4OH－ C．每转移0.1 mol电子，
消耗1.12 L的H2 D．H＋由a极通过固体酸电解质
传递到b极
.
氢氧燃料电池固体电解质下的电极反应
③CsHSO4晶体（传导H+）
负极：2H2-4e- =4H+
正极：O2+4H++4e-=2H2O
④掺杂（Y2O3的氧化锆ZrO2晶体（传导O2-）
负极：2H2-4e-+2O2－=2H2O
.
正极：O2+4e-=2O2－
燃料电池的电极规定
燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的 一极为负极，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空气或 氧气的一极为正极，氧气在该电极上发生还原反应
电解质acid氢fu氧e化l钾cel磷l)酸
质子渗透 碳酸钾 固体氧化
熔融碳溶液酸盐燃料电池(M膜CFC) (molten物
燃料 carb纯o氢nate fu天e然l气c，ell)氢、甲醇 天然气、 天然气、 质子交换膜燃氢料电池(P、E天M然F气C)煤气(气p、ro沼ton煤 气气、沼
氧化剂exch纯a氧nge m空e气mbran空e气fuel c空e气ll) 空气
效率
固fue体l 氧60c% 0e化%ll)~物9燃32料7%% 电~池4(S48% 3O%F~C5)
(5s0o%lid~
ox5i0d%e ~6
5%
.
使用温度 60~120 160~2 60~120 600~10 600~10
.
燃料电池电极反应式的书写方法二
第一步，先写出燃料电池的总反应方程式 第二步，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。
3. 按燃料类型分。
3.1氢燃料电池 3.2甲烷燃料电池 3.3甲醇燃料电池 3.4乙醇燃料电池
.
燃料电池的种类
燃 类料 型电碱池性燃碱 电性 池料燃电料池磷料（酸电A型池F燃C）质膜（子燃交料al换电kal熔盐in融燃e碳 料f酸 电uel固 物体 燃氧 料化 电
cell)
池
池
池
英文简磷称酸型AF燃C 料电P池AF(CPAFCP)EM(FpChosMpChFoCrouSsOFC
.
氢氧燃料电池电极反应式的书写
A
电池总反应：2H2 +O2= 2H2O
多
孔
氢气
电
极
多
孔 电
氧气
极
电解质
液体电解质 ①KOH溶液
.
负极：2H2-4e+4OH-=4H2O 正极：O2+4e+2H2O=4OH-
总反应： O2+2H2=2H2O
.
氢氧燃料电池电极反应式的书写方法一：
第一步 判断原电池的正负极反应物； 第二步 根据电解质环境书写产物； 第三步 根据电子得失情况和电荷守恒配平 反应式； 第四步 检查。
.
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。 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
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