高中化學選修四燃料電池ppt課件.ppt

燃料電池,1,燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學電池。,氫氧燃料電池,酸性電解質(zhì)：,堿性電解質(zhì)負極:2H2-4e-+4OH-=4H2O正極:O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):2H2+O2=2H2O,負極：2H2-4e-=4H+,正極：O2+4H+4e-=2H2O,總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O,閱讀P77-78了解燃料電池的優(yōu)點,2,燃料電池的規(guī)律,燃料做負極，助燃劑氧氣為正極,電極材料一般不參加化學反應(yīng)，只起傳導電子的作用。,能量轉(zhuǎn)化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源，且對環(huán)境無污染。,燃料電池與前幾種電池的差別：,氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；,反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出,3,燃料電池電極反應(yīng)式的書寫,第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；,三步：,第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；,第三步，在電子守恒的基礎(chǔ)上用燃料電池的總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得到負極反應(yīng)式。,4,因為燃料電池發(fā)生電化學反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，可根據(jù)燃料燃燒反應(yīng)寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式，但要注意燃料的種類。若是氫氧燃料電池，其電池總反應(yīng)方程式不隨電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性變化而變化，即2H2+O2=2H2O。若燃料是含碳元素（或硫元素）的可燃物，其電池總反應(yīng)方程式就與電解質(zhì)溶液的酸堿性有關(guān)，如甲烷燃料電池酸性電解質(zhì)中生成CO2和H2O，即CH4+2O2=CO2+2H2O；堿性電解質(zhì)中生成CO32-離子和H2O，即CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。,第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；,5,C2H5OH+4OH-+3O2=2CO32-+5H2O,C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O,2CH3OH+4OH-+3O2=2CO32-+6H2O,2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,2H2S+3O2+4OH-=2SO32-+4H2O,2H2S+3O2=2SO2+2H2O,2CO+O2+4OH-=2CO32-+2H2O,2CO+O2=2CO2,CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O,2H2+O2=2H2O,燃料種類,第一步，先寫出燃料電池的總反應(yīng)方程式；,H2CH4COH2SCH3OHCH3CH2OH,電解質(zhì)溶液的酸堿性,電池總反應(yīng)方程式,酸,堿,堿,堿,酸,酸,酸,堿,酸,堿,6,第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；,燃料電池正極反應(yīng)物一律是氧氣，正極都是氧化劑氧氣得到電子的還原反應(yīng)，所以可先寫出正極反應(yīng)式，正極反應(yīng)的本質(zhì)都是O2得電子生成O2-離子，故正極反應(yīng)式的基礎(chǔ)都是O24e-=2O2-。正極產(chǎn)生O2-離子的存在形式與燃料電池的電解質(zhì)的狀態(tài)和電解質(zhì)溶液的酸堿性有著密切的關(guān)系。這是非常重要的一步?，F(xiàn)將與電解質(zhì)有關(guān)的四種情況歸納如下。,7,電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液（如稀硫酸）在酸性環(huán)境中，O2-離子不能單獨存在，可供O2-離子結(jié)合的微粒有H+離子和H2O，O2-離子優(yōu)先結(jié)合H+離子生成H2O。這樣，在酸性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O24H+4e-=2H2O。,電解質(zhì)為中性或堿性電解質(zhì)溶液（如氯化鈉溶液或氫氧化鈉溶液）在中性或堿性環(huán)境中，O2-離子也不能單獨存在，O2-離子只能結(jié)合H2O生成OH-離子，故在中性或堿性電解質(zhì)溶液中，正極反應(yīng)式為O22H2O+4e-=4OH-。,第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；,8,電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽（如LiCO3和Na2CO3熔融鹽混和物）在熔融的碳酸鹽環(huán)境中，O2-離子也不能單獨存在，O2-離子可結(jié)合CO2生成CO32-離子，則其正極反應(yīng)式為O22CO2+4e-=2CO32-。,第二步，再寫出燃料電池的正極反應(yīng)式；,電解質(zhì)為固體電解質(zhì)（如固體氧化鋯氧化釔）該固體電解質(zhì)在高溫下可允許O2-離子在其間通過，故其正極反應(yīng)式應(yīng)為O24e-=2O2-。,9,第三步，在電子守恒的基礎(chǔ)上用燃料電池的總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得到負極反應(yīng)式。,例如：甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,總反應(yīng)式：,CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O,正極反應(yīng)式：,O22H2O+4e-=4OH-。,2O24H2O+8e-=8OH-。,CH4+10OH-+8e-=CO32-+7H2O,負極反應(yīng)式：,10,例1、一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。試回答下列問題：這種電池放電時發(fā)生的化學反應(yīng)方程式是。此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是；負極發(fā)生的電極反應(yīng)是。電解液中的H+離子向極移動；向外電路釋放電子的電極是。比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是。,2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,3O2+12H+12e-=6H2O,2CH3OH+2H2O12e-=2CO2+12H+,正,負極,污染較小,11,例2、甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)于甲烷燃料電池的說法不正確的是（）A、負極反應(yīng)式為CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OB、正極反應(yīng)式為O22H2O+4e-=4OH-C、隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大,答案：C,12,例3、某燃料電池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問題：寫出該燃料電池的化學反應(yīng)方程式。寫出該燃料電池的電極反應(yīng)式。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是什么，它從哪里來？,2C4H10+13O2=8CO2+10H2O,正極：O22CO2+4e-=2CO32-，,CO2從負極反應(yīng)產(chǎn)物中來,負極：2C4H10+26CO32-52e-=34CO2+10H2O,13,例4、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導O2-。下列對該燃料電池說法正確的是A.在熔融電解質(zhì)中，O2-由負極移向正極B.電池的總反應(yīng)是：2C4H1013O2=8CO210H2OC.通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O24e-2O2-D.通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：C4H1026e-13O2-4CO25H2O,B、C,14,例5、我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀眼的白光。電源負極材