化学-原电池燃料电池

1、原电池和燃料电池培训师：万翔 培训时间：2017 .01.11目录一、构成原电池的条件二、电池正负极的判断三、电极方程式的书写四、常见的燃料电池五、燃料电池电极方程的书写教学效果一、明白原电池的反应原理二、准确判断电池的正负极三、能够自主的写出电极方程式四、掌握燃料电池的电极方程式的书写 化学能燃烧蒸汽发电机火力发电的原理分析。电能机械能热能2. 火力发电的化学深层本质分析燃烧氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化程过质本质本质本思考：假设你是电力工程师，面对这些 利与弊，你会如何应对呢？a. 改进火力发电b. 研究新

2、的发电方式 方式之一就是尝试将化学能直接转化为电能。就像电池。其好处就是减少中间环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。 将铜片和锌片分别插入稀硫酸溶液中，观察现象并解释原因。 稀H2SO4ZnCu现象：解释： Zn片上有气泡（H2）， Zn片逐渐被腐蚀；Cu片无明显现象。Zn + 2H+ = Zn2+ + H2实验一原电池 将铜片和锌片用导线连接插入稀硫酸溶液中，观察现象并解释原因。现象：解释：Zn片上有少量气泡（H2）， Zn片逐渐被腐蚀；Cu片上有气泡（H2）。？ 稀H2SO4ZnCuG实验二 指针偏转，说明电路中有电流通过，说明发生了电子定向移动。 Zn片失去的电子经导线转移

3、到Cu片上， Cu片周围的H得电子。 把这种将化学能直接转变成电能的装置，称为原电池，例如：Cu-Zn原电池。分析与讨论Zn2e = Zn2+2H+2e = H2 Cu-Zn原电池的正负极？Zn片（负极）：Cu片（正极）：Zn2e = Zn2+2H2e = H2 总反应： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2CH2SO4（不可以）（不可以）（可以）（不可以）构成原电池的条件一、自发进行的氧化还原反应：化学能转化为电能二、构成闭回路：注意在此时和物理的区别ABCDEFMN判断下列装置能否形成原电池？OVXVVXXXVV思考与练习+下列装置中能组成原电池形成电流的是H2SO4CuZn酒精AZn

4、H2SO4CuH2SO4CCuCuH2SO4BAAZnCuAADC原电池正负极的判断一、活泼金属做负极二、发生氧化反应的做负极三、质量减少的做负极问：哪一条是决定性因素？为什么？By the way阴阳极和正负极的概念：1、正负极是物理学的概念：电势高的电极式正极，电势低的是负极2、阴阳极是化学的概念：发生氧化反应是阳极，发生还原反应的是阴极；用铜片与铝片做电极,取两个50mL的小烧杯，在一个烧杯中注入约40mL的浓硝酸，在另一只烧杯中注入40mL0.5mol/L的硫酸溶液。试回答下列问题：(1)两电极同时插入稀硫酸中，形成原电池时 为负极，铝片上电极反应式 为 ；(2)两电极同时插入浓硝酸时

5、，形成原电池时 为负极，铝片上电极反应式 为 。铝Al-3e=Al3+ 铜NO3-+2H+e=NO2+H2O 原电池中电极反应式的书写先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证电极产物在电解质溶液的环境中，应稳定存在。列物质标得失看环境配守恒两式相加验总式1、列物质，标得失 若两电极为金属电极，根据金属的活泼性判断出正负极。负极:失电子（发生氧化反应），生成阳离子， 考虑该阳离子是否与电解质溶液反应。正极:溶液中阳离子得电子（发生还原反应）。再找出得失电子的数量。2、看环境 配守恒 负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离

6、子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式； 如：碱性介质中生成的H+ 应让其结合OH- 生成水。 电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒，得失电子守恒等加以配平。3、两式相加验总式 正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的书写电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的书写电极反应式，即得到较难写出的书写电极反应式。 镁、铝与电解质溶液组成的原电池，电极反应式。负极反应式：正极反应式：Al3e4OHAlO22H2O6H2O+6e- =3H2 +6OH-NaOH为电解质燃料电池一、按照燃料分类：氢燃料电池、甲烷燃料电池、

7、乙醇燃料电池等二、按照电解质不同分为：酸性电池、碱性电池、熔融盐电池、固体氧化物电池问：哪个分类对于我们的更重要呢？24燃料电池的组成和工作原理 燃料电池的基本组成：阳极、阴极、电解质和外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。 燃料电池电极方程式的书写一、别人的方法：1、写出总反应的方程式2、写出正极的反应方程式3、用总反应减去正极反应得到负极反应缺点：总反应写不出来；学生容易减错燃料电池电极方程式的书写一、负极1、写出燃料和产物：产物是燃料氧化后的产物，一般来说酸性条件下写二氧化碳，碱性条件下写碳酸根，熔融盐固体氧化物写酸根。2、通过化合价计算书失去的电子3、利用氢离子、氢氧根、碳酸根、氧负

8、离子配平电荷燃料电池电极方程式的书写二、正极：1、写出正极物质和其产物：酸性条件下水，碱性条件下写氢氧根，碳酸盐写碳酸根，固体氧化物写氧负离子；2、计算变价3、配平电荷下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 Aa电极是负极 Bb电极的电极反应为：4OH-4e-= 2H2O+O2C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置( B )科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为： AH22OH2H2O2eBO24H4e2H2OC

9、H22e2HDO22H2O4e4OH( C )固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子 (O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A.有O2放电的a极为电池的负极B.有H2放电的b极为电池的正极C.a极对应的电极反应为 O2+2H2O+4e-= 4OH-D.该电池的总反应方程式为 2H2+O2=2H2O解决电化学问题的两个技巧一、离子、电子移动的问题：通过题目所述离子或者电子的移动，判断出电流回路的方向，阳离子移动的方向和电流方向一直，阴

10、离子移动方向和电流方向相反。电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是 AO2在电极b上发生还原反应B溶液中OH向电极a移动 C反应消耗的NH3与O2的物 质的量之比为4:5D负极的电极反应式为： 2NH36e6OH=N26H2O解决电化学问题的两个技巧二、电极的pH值变化问题：1、通过电极的氧化还原反应，判断电极的阴阳极。只要发生氧化反应，就定为阳极，还原反应就定位阴极，不判断这个装置是原电池还是电解池。2、阴“升”阳“衰”：阴极的pH上升，阳极的pH值下降。人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正