【26版化学人教版选择性必修一学习笔记第四章 第一节 第3课时常见化学电源(二)——形形色色的燃料电池

第3课时　常见化学电源(二)——形形色色的燃料电池

[核心素养发展目标]　1.了解常见的氢氧燃料电池的种类，能正确书写电极反应式。2.了解气体燃料电池的工作原理。

一、常见氢氧燃料电池的种类及工作原理

1．燃料电池的概念

燃料电池是一种连续地将________和________的化学能直接转化为________的化学电源。

2．燃料电池的特点

(1)工作时，________和________连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出。

(2)能量转换率____(>80%)，排放的废弃物______。

3．氢氧燃料电池

(1)基本构造

(2)工作原理

1. 燃料电池是目前电池研究的热点之一。某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。

(1)负极是________(填“a”或“b”)。

(2)b极发生的电极反应式是________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)标准状况下，消耗11.2 L H₂时，转移的电子数为________。

2．下面为3种燃料电池的工作原理示意图。

(1)A中，电池内部传导的离子是______，负极的电极反应式为_________________________。

(2)B中，电池内部传导的离子是______，正极的电极反应式为_________________________。

(3)C中，电池内部传导的离子是______，正极的电极反应式为_________________________。

二、其他新型燃料电池

1．甲烷燃料电池成本远低于以氢气为燃料的传统燃料电池。

(1)在酸性介质中

负极反应式：__________________________________________________________________；

正极反应式：__________________________________________________________________；

总反应式：____________________________________________________________________。

(2)在碱性(KOH溶液)介质中

负极反应式：__________________________________________________________________；

正极反应式：__________________________________________________________________；

总反应式：__________________________________________________________________。

在酸性介质和碱性介质中甲烷燃料电池的总反应不同，酸性条件下，＋4价碳元素全部转化为CO₂，碱性条件下，＋4价碳元素全部转化为CO2－3。

2．一种固体电解质燃料电池的构造示意图如图所示。该电池以稀土金属材料作电极，两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导O^2－。

负极反应式：__________________________________________________________________；

正极反应式：__________________________________________________________________；

总反应式：____________________________________________________________________。

3．一种熔融碳酸盐燃料电池工作原理示意如图所示。

(1)电池工作时，外电路上电流的方向应从电极________(填“A”或“B”，下同)流向用电器。

(2)CO2－3向电极________移动。

(3)电极A上CO参与的电极反应为___________________________________________。

燃料电池电极反应式书写的方法

第一步：写出燃料电池反应的总反应式

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，则总反应为加和后的反应。

第二步：写出电池的正极反应式

正极一般为氧气得电子，介质不同时其电极反应式有所不同，如：

酸性电解质溶液：O₂＋4H^＋＋4e^－===2H₂O；

碱性电解质溶液：O₂＋2H₂O＋4e^－===4OH^－；

固体电解质(高温下能传导O^2－)：O₂＋4e^－===2O^2－；

熔融碳酸盐(如熔融K₂CO₃)：O₂＋2CO₂＋4e^－===2CO2－3。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O₂不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O₂。

1．甲醇是重要的工业原料，利用甲醇设计的燃料电池具有启动快、效率高等优点，该电池的电解质为H₂SO₄溶液。下列说法正确的是(　　)

A．负极区溶液的pH减小

B．溶液中SO2－4向正极移动

C．正极反应式为2H^＋＋2e^－===H₂↑

D．该电池工作时，消耗1 mol CH₃OH的同时生成11.2 L CO₂(标准状况)

2．某学习小组以肼(N₂H₄)为原料设计了一种燃料电池，构造如图所示。其中两个电极均为铂电极，电池的总反应方程式为N₂H₄＋O₂===N₂＋2H₂O。下列说法错误的是(　　)

A．通入N₂H₄的一极是电池的负极

B．通入O₂的电极反应式为O₂＋2H₂O＋4e^－===4OH^－

C．电池工作一段时间后电解质溶液的pH将变大

D．若消耗16 g N₂H₄，则理论上转移2 mol电子

3．热电厂尾气经处理得到较纯的SO₂，可用于原电池法生产硫酸。下列说法不正确的是(　　)

A．电极b周围溶液pH变大

B．溶液中H^＋由a极区向b极区迁移

C．电极a的电极反应式是SO₂－2e^－＋2H₂O===4H^＋＋SO2－4

D．一段时间后，a极消耗的SO₂与b极消耗的O₂物质的量相等

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