1、發(fā)展中的化學(xué)電源 燃料電池,高二化學(xué) 鄭安慶,1967年氫氧燃料電池首次被用作阿波羅宇宙飛船的電源。用兩個(gè)多孔石墨電極（分別含有不同的催化劑）插入作為電解質(zhì)的30%的KOH水溶液中，氧氣和氫氣分別不斷通入正極和負(fù)極并不斷被消耗。,氫氧燃料電池,燃料電池是利用氫氣、天然氣、甲醇等燃料與氧氣或空氣進(jìn)行反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類(lèi)原電池。,燃料電池的分類(lèi),一、燃料電池的分類(lèi) 1. 按電解質(zhì)的種類(lèi)不同，有酸性、堿性、熔融鹽 類(lèi)或固體電解質(zhì) 1.1堿性燃料電池（AFC） 1.2磷酸燃料電池（PAFC） 1.3熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 1.4質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC） 1.5固體氧化物燃

2、料電池（SOFC） 2. 按燃料類(lèi)型分。 2.1氫燃料電池 2.2甲烷燃料電池 2.3甲醇燃料電池 2.4乙醇燃料電池,氧氣,氫氣,A,氫氧燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),多孔電極,多孔電極,電解質(zhì),電池總反應(yīng)：2H2 +O2= 2H2O,KOH溶液,液體電解質(zhì),總反應(yīng)： O2+2H2=2H2O,負(fù)極：2H2-4e+4OH-=4H2O 正極：O2+4e+2H2O=4OH-,氫氧燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法一：,第一步 判斷原電池的正負(fù)極反應(yīng)物； 第二步 根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境書(shū)寫(xiě)產(chǎn)物； 第三步 根據(jù)電子得失情況和電荷守恒配平 反應(yīng)式； 第四步 檢查。,注意：適時(shí)運(yùn)用”減法“,氧氣,氫氣,A,負(fù)極 正極,氫氧

3、燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě),KOH溶液,多孔電極,多孔電極,電解質(zhì),液體電解質(zhì),H2SO4溶液,電池總反應(yīng)：2H2 +O2= 2H2O,當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí):,負(fù)極：2H2-4e-=4H+ 正極：O2+4e-+4H+=2H2O,(2010年安徽理綜）某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2+O2=2H2O，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是() A電子通過(guò)外電路從b極流向a極 Bb極上的電極反應(yīng)式為： O22H2O4e=4OH C每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子， 消耗1.12 L的H2 DH由a極通過(guò)固體酸電解質(zhì) 傳遞到b極,例1,解析：首先明確a為負(fù)極，這樣電

4、子應(yīng)該是通過(guò)外電路由a極流向b，A錯(cuò)；B選項(xiàng)反應(yīng)應(yīng)為O2+4e-+4H+=2H2O ; C沒(méi)有告知標(biāo)準(zhǔn)狀況。,D,負(fù)極：2H2-4e-+2O2=2H2O 正極：O2+4e-=2O2,負(fù)極：2H2-4e- =4H+ 正極：O2+4H+4e-=2H2O,氫氧燃料電池固體電解質(zhì)下的電極反應(yīng),CsHSO4晶體（傳導(dǎo)H+）,摻雜（Y2O3的氧化鋯ZrO2晶體（傳導(dǎo)O2-）,小結(jié)：,（1）寫(xiě)出燃燒反應(yīng)正確的化學(xué)方程式； （2）根據(jù)電解液改寫(xiě)燃料電池總反應(yīng)式； （3）寫(xiě)出較簡(jiǎn)單一極的電極反應(yīng)式(一般為正極)； （4）利用總方程式減去正極寫(xiě)出燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式。,友情提醒： 特別注意電解質(zhì)的狀態(tài)，還要結(jié)合溶

5、液的 酸堿性，考慮后續(xù)反應(yīng)。,燃料電池電極反應(yīng)式的一般書(shū)寫(xiě)步驟：,（一）、書(shū)寫(xiě)總反應(yīng)式,1、如果是氫氧燃料電池，無(wú)論以什么物質(zhì)做電解質(zhì)（固態(tài)、酸性、堿性），總反應(yīng)式皆為：,2H2 + O2 = 2H2O,2、如果是含碳元素的可燃物,酸性電解質(zhì)：總反應(yīng)方程式同燃燒的方程式一樣。,例：甲烷燃料電池的總反應(yīng)方程式：,CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O,堿性電解質(zhì),由于燃燒產(chǎn)物CO2和堿液反應(yīng)，,CO2 + OH = CO32 + H2O,所以燃料電池的總反應(yīng)方程式應(yīng)該是燃燒方程式與CO2和堿液反應(yīng)方程式疊加后的反應(yīng)式，即：,甲烷燃料電池的總反應(yīng)方程式：,CH4 + 2O2 + 2OH =

6、CO32 + 3H2O,（二）、書(shū)寫(xiě)正極反應(yīng)式,1、酸性電解質(zhì)溶液（如H2SO4溶液）,正極反應(yīng)式：O2 + 4H+ + 4e = 2H2O,2、堿性電解質(zhì)溶液（如NaOH或KOH溶液）,正極反應(yīng)式：O2 + 2H2O + 4e = 4OH,以甲烷燃料電池為例來(lái)分析不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)。 (1)酸性介質(zhì)(如H2SO4) 負(fù)極：_； 正極：_； 總反應(yīng)式：_ 。,CH42O2=CO22H2O,2O28e8H=4H2O,CH48e2H2O=CO28H,(2)堿性介質(zhì)(如KOH) 負(fù)極：_ ； 正極：_； 總反應(yīng)式：_。 (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2) 負(fù)極：_； 正極：_； 總反應(yīng)式：_。,2O28e4H2O=8OH,CH48e4O2=CO22H2O 2O28e=4O2 CH42O2=CO22H2O,(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下 負(fù)極：_； 正極：_； 總反應(yīng)式：_。,CH42O2=CO22H2O,3、熔融的碳酸鹽電解質(zhì)（如Li2CO3和Na2C