1、第第3 3课时课时设计原电池燃料电池设计原电池燃料电池1.1.依据依据已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。一、设计原电池一、设计原电池2.2.设计思路设计思路(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。还原剂ne=氧化产物(负极电极反应)；氧化剂ne=还原产物(正极电极反应)。(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。(4)画
2、：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。电极反应式材料选择装置负极：_正极：_负极：_正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液： 溶液 3.3.实例实例以FeCuSO4=FeSO4Cu为例FeCuSO4Fe2e=Fe2Cu22e=Cu(1)理论上任何氧化还原反应都可设计成原电池()(2)原电池中负极上发生氧化反应()(3)原电池中正极材料一定发生还原反应()(4)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应()新型燃料电池新型燃料电池原理：同时将电极产物不断排出电池。电极:Pt(石墨)制作的惰性电极反应原理:a.碱性电解质溶液:KOH溶液负极:正极: 总反应：2
3、H2+4OH4e-4H2OO22H2O 4e-4OH2H2O22H2O氢氧燃料电池工作原理氢氧燃料电池工作原理氢氧燃料电池氢氧燃料电池APt(-)Pt(+)正极室正极室负极室负极室隔膜隔膜电解质电解质溶液溶液H2O2b.酸性电解质溶液: HCl (盐酸)负极 : 正极:总反应：2H2-4e-=4H+O2+4H+4e- =2H2O2H2O22H2Oc.c.在在中性电解质溶液：中性电解质溶液：负极：负极：2H2H2 2 - 4e- 4e- - = 4H = 4H+ + 正极：正极：O O2 2 + 2H+ 2H2 2O + 4eO + 4e- -= 4OH= 4OH- -燃料电池的规律燃料电池的规
4、律燃料做负极，助燃剂氧气为正极燃料做负极，助燃剂氧气为正极电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。能量转化率高能量转化率高( (超过超过80%)80%)，普通的只有，普通的只有30%30%，有利于节，有利于节约能源。约能源。燃料电池与前几种电池的差别：燃料电池与前几种电池的差别：氧化剂与还原剂在工作时不断补充；氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出反应产物不断排出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： 酸性电解质溶液如：H2SO4溶液碱性电解质溶液如：NaOH溶液熔
5、融氧化物如：Y2O3;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：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O 式+式得燃料电池总反应为：CH4 + 2O2+ 2NaOH = Na2CO3 + 3H2O第二步：写出电池的正极反应式 一般在正极上发生还原反应的物质都是一般在正极上发生还原反应的物质都是O O2 2，随着电解质溶液的，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同不同，其电极反应有所不同 四种情况
6、正极反应式：四种情况正极反应式： （1）酸性酸性电解质溶液环境 O O2 2 + 4H+ 4H+ + + 4e+ 4e- - = 2H= 2H2 2O O（2）碱性或中性电解质溶液环境 O O2 2 + 2H+ 2H2 2O + 4eO + 4e- - = 4OH= 4OH- -（3）固体电解质（高温下能传导O2-）环境 O O2 2 + 4e+ 4e- - = 2O= 2O2-2-（4）熔融碳酸盐熔融碳酸盐（如：熔融K2CO3）环境 O O2 2+ 2CO+ 2CO2 2 + 4e+ 4e 2CO2CO3 32-2-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第三步：根据电池总反
7、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的总反应式 = = 电池正极反应式电池正极反应式 + + 电池负极反应式电池负极反应式电池的总反应式电池的总反应式 - - 电池正极反应式电池正极反应式 = = 电池负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 酸性条件酸性条件电池总反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 电池正极反应：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O -2，得燃料电池负极反应： CH4 - 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+说明说明: :1、碱性溶液
8、反应物、生成物中均无H+ 2、水溶液中不能出现O2- 3、中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4、酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 写出写出CHCH4 4、O O2 2、KOHKOH溶液组成的燃料电池的电极反应式。溶液组成的燃料电池的电极反应式。负极负极的电极反应式的书写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，故有守恒分析法守恒分析法首先首先确定还原剂、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（H H+ +或或OHOH- -）来使电子和原子个数守恒）来使电子和原子个数守恒1 1、电子守恒、电子守恒CHCH4 4-
9、 -COCO3 32-2-+ +-8e-8e- -COCO2 2CHCH4 4COCO3 32-2-CHCH4 4是还原剂，是还原剂，COCO2 2是氧化产物，但后续反应中是氧化产物，但后续反应中COCO2 2与与OHOH- -反应反应生成生成COCO3 32-2-方法方法2 22 2、电荷守恒、电荷守恒 左边左边失去失去8 8个电子，右边有个电子，右边有2 2个负电荷，要想使电荷守恒，应在左边加上个负电荷，要想使电荷守恒，应在左边加上1010个负个负电荷（为什么？），即电荷（为什么？），即CHCH4 4 - -8e8e- - CO CO3 32-2-CHCH4 4- -+ +COCO2 2C
10、OCO3 32-2-+ + OHOH- -8e-8e- -+ + H H2 2O O10107 7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+10OH- - 3 3、原子守恒、原子守恒 将将H H、O 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CHCH4 4、O O2 2、H H2 2SOSO4 4溶液组成的燃料电池的负极的电极反应式。溶液组成的燃料电池的负极的电极反应式。【方法归纳方法归纳】（1 1）由）由“电子守恒电子守恒”并根据化合价的升高值确定失去的电子数；并根据化合价的升高值确定失去的电子数；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：即按照即按照“三恒三恒”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荷守恒电荷守恒原子守恒原子守恒（2 2）由）由“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（H H+ +或或OHOH- -）的物质的量；）的物质的量；（3 3）由）由“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；
