高中化学必修2 课时6.2.3 拓展1 燃料电池及其它新型电池电极反应式的书写高一化学精品讲义

1、燃料电池及其它新型电池电极反应式的书写一、电极反应遵循的三个守恒观察铅蓄电池的正、负极电极反应负极反应Pb(s)SOeq oal(2,4)(aq)2e=PbSO4(s)正极反应PbO2(s)4H(aq)SOeq oal(2,4)(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)总反应Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)规律任何一个电极反应等号左、右两边一定遵循：得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒1、得失电子守恒(1)，(2)元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子(3)元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子 2、电荷守恒：电极反应左、右

2、两边的正电荷和负电荷数相等 3、原子守恒(质量守恒)：电极反应左、右两边同种原子的原子个数一定相等二、电极反应的书写方法1、直观法：针对比较简单的原电池可以采取直观法，先确定原电池的正、负极，列出正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失【微点拨】注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中【对点训练1】装置图ZnCu (稀硫酸)总反应负极反应正极反应AlMg (稀盐酸)总反应负极反应正极反应CuAg (硝酸银溶液)总反应负极反应正极反应FeCu (FeCl3溶液)总反应负极反应正极反应2、用差值法写电极反应方程式：正、负极反应

3、相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池的总反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式复杂电极反应式=总反应式简单的电极反应式【对点训练2】装置图AlCu (稀硝酸)总反应负极反应正极反应AlCu (浓硝酸)总反应负极反应正极反应AlMg (NaOH溶液)总反应负极反应正极反应铅蓄电池总反应负极反应正极反应3、“三步法”书写电极反应按顺序书写以“甲醇氧气KOH溶液”为例第一步：得失电子守恒，负极的甲醇在碱性环境中变成CO 32失去6个电子，写成6e；正极的O2到底是变成了OH还是H2O，一定是得到4个电子，写成4e，此步称之为得、失电子守恒负极反应

4、：CH3OH6e CO32；正极反应：O24e第二步：电荷守恒此时负极反应左边的电荷数为6，右边的电荷数为2，电荷显然不守恒，为了使左、右两边电荷守恒必需在左边配8个OH；正极反应的左边电荷数为4，右边的电荷数为0，为了使左、右两边电荷守恒必需在右边配4个OH，此步称之为电荷守恒负极反应：CH3OH6e8OHCO32；正极反应：O24e4OH第三步：原子守恒观察负极反应左、右两边的原子个数，C守恒，H、O不守恒，需在右边配6 个H2O；而正极反应H、O不守恒，需在左边配2个H2O，此步称之为原子守恒负极反应：CH3OH6e8OH6H2O=CO32；正极反应：O24e2H2O=4OH【微点拨】该

5、法书写电极是各写各的电极，因此正负极电子数可能不相等，所以最后再用最小公倍数写出总方程式若为酸性介质，先补H+，另一边补H2O；若为碱性介质，先补OH，另一边补H2O = 3 * GB3 有机物中化合价处理方法：“氧2，氢1，最后算碳化合价”，并且要注意溶液环境与产物之间的反应，碱性环境下，C元素最终产物应为CO32 = 4 * GB3 水溶液中不能出现O2；碱性溶液反应物、生成物中均无H+；酸性溶液反应物、生成物中均无OH，中性溶液反应物中无H+ 和OH燃料电池的构成燃料电池装置示意图燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。燃料气可以是氢气

6、、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体。电解质通常有四种情况： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 稀硫酸KOH溶液 = 3 * GB3 Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32 = 4 * GB3 固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2离子【对点训练3】1、氢、氧燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应2、甲烷(CH4)燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq o

7、al(2,3)总反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2总反应负极反应正极反应3、甲醇(CH3OH)燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq oal(2,3)总反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2总反应负极反应正极反应4、乙烷(C2H6)燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq oal(2,3)总反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2总反应负极反应正极反应5、丙烷(C3H8)燃料电池电池类型导电介质反应式

8、酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq oal(2,3)总反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2总反应负极反应正极反应6、乙醇(C2H5OH)燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq oal(2,3)总反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2总反应负极反应正极反应7、葡萄糖(C6H12O6)燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq oal(2,3)总

9、反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2总反应负极反应正极反应8、CO燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq oal(2,3)总反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2总反应负极反应正极反应9、肼(H2NNH2)燃料电池：肼分子可以在氧气中燃烧生成氮气和水电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应10、氨气燃料电池(生成无污染的气体)电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH总反应负极反应正极反应四、其它新型电池电

10、极反应式的书写1、锂离子电池书写技巧锂离子电池通常都是锂做负极，平衡电荷的也是锂离子，因此可以先写出负极反应(Lie=Li，至于带x或者C6可以稍加变形加进去即可：LixC6xe=xLiC6)，正极用总反应减去总反应即可常见锂离子电池电极反应的书写钴酸锂电池总反应Li1xCoO2LixC6 LiCoO2C6(x1)负极反应正极反应磷酸铁锂电池总反应FePO4LiLiFePO4负极反应正极反应锰酸锂电池总反应LixC6Li3-xNiCoMnO6 C6Li3NiCoMnO6负极反应正极反应锂钒氧化物电池总反应xLiLiV3O8=Li1xV3O8负极反应正极反应锂铜电池总反应2LiCu2OH2O=2

11、Cu2Li2OH负极反应正极反应2、高铁电池高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题：(1)放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应，则负极反应式为_，正极反应式为_(2)放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强3、镍氢电池用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)MH=Ni(OH)2M电池放

12、电时，负极的电极反应式为_，正极反应式为_4、微生物燃料电池微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示。(1)该微生物燃料电池，负极为_(填“a”或“b”)，当电路中有0.5 mol电子发生转移，则有_ mol的H通过质子交换膜(2)该电池正极反应式为：_负极反应式为：_【课后作业】1、有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。请回答下列问题：(1)负极材料是_，电极反应为_(2)正极材料是_，电极反应为_2、研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源

13、。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。总反应为2Li2H2O=2LiOHH2(1)该电池的负极是_，负极反应式是_ (2)正极现象是_(3)放电时OH向_(填“正极”或“负极”)移动3、LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_(2)电池正极发生的电极反应为_4、MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式2AgClMg=Mg22Ag2Cl。负极反应式是_，正

14、极反应式是_5、铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al3O26H2O=4Al(OH)3负极反应式是_，正极反应式是_6、肼分子(H2NNH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池的负极反应式：_，正极反应式：_，总反应式：_7、以甲醇(CH3OH)为燃料，空气为氧化剂，以熔融K2CO3为电解质环境的燃料电池，负极反应式为_，正极反应式为_8、科学家预言，燃料电池是21世纪获得电能的重要途径。甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇，同时向

15、一个电极通入空气。试回答以下问题：(1)配平电池放电时发生的化学方程式：CH3OH_O2_CO2_H2O(2)在硫酸电解质溶液中，CH3OH失去电子，此电池的正极发生的反应是_，负极发生的反应是_(3)电解质溶液中的H向_极移动，向外电路释放电子的电极是_极9、酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。该电池的正极反应式为_，电池反应的离子方程式为_10、二甲醚(CH3OCH3)直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池

16、(5.93 kWhkg1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为_11、钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2)，负极采用金属锂和碳的复合材料，该电池充放电时的总反应式：LiCoO26CLi1xCoO2LixC6，写出放电时负极的电极反应_12、NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：(1)Pt电极上发生的是_反应(填“氧化”或“还原”)(2)写出NiO电极的电极反应式： 13、由于锂密度小，活动性强，是制造电池的理想物质。锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶

17、剂中，Li通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。(1)外电路的电流方向是由_极流向_极(填字母)(2)电池负极反应式为_，正极反应式为_14、如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。负极反应式为_，正极反应式为_15、浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能(1)X为_极，Y电极反应式为_(2)Y极生成1 mol Cl2时，_ mol Li移向_极(填X或Y)16、PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解

18、质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。负极反应式为_17、一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。(1)电极A为_极，CO和H2按体积比11发生的电极反应式为_(2)电极B的反应式为_(3)COeq oal(2,3)向_极迁移(填A或B)18、氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。a电极的电极反应式是_19、磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池之一，其基本组成及反应原理如图所示，该电池正极的电极反应为_20、以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过

19、程中石墨电极反应生成一种氧化物Y，则该电极的电极反应式为21、近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下， Pt(a)电极是电池的极，电极反应式为，Pt(b)电极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为，电池的总反应式为 22、下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图 (a、b均为多孔性Pt电极)。b电极是(填“正”或“负”)极, a电极上的电极反应式为23、下图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图, 电极a附近发生的反应是 24、Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液（碱

20、性），示意图如下，H2O2在石墨电极上发生的电极反应式为25、化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图所示，甲电极反应式为26、乙烯催化氧化成乙醛可设计成如下图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应：2CH2=CH2O22CH3CHO。正极反应式为_27、液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH作为电解质。负极发生的电极反应式为： 28、铝电池性能优越，AlAg2O电池可用作水下动力

21、电源，其原理如图丙所示。该电池反应的化学方程式为_29、以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是30、“神舟7号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还配有高效的MCPC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾，已知该电池的总反应为2H2O2=2H2O，正极反应式为【燃料电池及其它新型电池电极反应式的书写】答案四、其它新型电池电极反应式的书写1、常见锂离子电池类型及电极反应书写书写技巧锂离子电池通常都是锂做负极，平衡电荷的也是锂离子，因此可以先写出负极反应(L

22、ie=Li，至于带x或者C6可以稍加变形加进去即可：LixC6xe=xLiC6)，正极用总反应减去总反应即可常见锂离子电池电极反应的书写钴酸锂电池总反应Li1xCoO2LixC6 LiCoO2C6(x1)负极反应LixC6xe=xLiC6正极反应Li1xCoO2xexLi=LiCoO2磷酸铁锂电池总反应FePO4LiLiFePO4负极反应Lie=Li正极反应FePO4Lie=LiFePO4锰酸锂电池总反应LixC6Li3-xNiCoMnO6 C6Li3NiCoMnO6负极反应LixC6xe=xLiC6正极反应Li3-xNiCoMnO6 xexLi=Li3NiCoMnO6锂钒氧化物电池总反应xL

23、iLiV3O8=Li1xV3O8负极反应xLixe= xLi正极反应xLiLiV3O8xe=Li1xV3O8锂铜电池总反应2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH负极反应Lie=Li正极反应Cu2OH2O2e=2Cu2OH2、(1)还原3Zn6e6OH=3Zn(OH)22FeO426e8H2O=2Fe(OH)310OH(2)正解析：根据高铁电池放电时的总反应式可知，Zn为负极，负极反应为3Zn6e6OH=3Zn(OH)2，由电池的总反应负极反应正极反应可知，正极反应为2FeO426e8H2O=2Fe(OH)310OH，正极区生成OH且消耗水，OH浓度增大，故正极附近溶液的碱性增强。3、MHeO

24、H=MH2O NiO(OH)H2OeOH=Ni(OH)2解析：负极实际上是稀土储氢合金吸附的H2失去电子生成H，H再与OH结合生成H2O，所以负极的电极反应式为MHeOH=MH2O。充电时阳极发生氧化反应，反应式为Ni(OH)2eOH=NiO(OH)H2O。4、(1)a0.5(2)2O28e8H=4H2O，HS4H2O8e=SOeq oal(2,4)9H解析：(1)根据图示，在硫氧化菌作用下HS转化为SOeq oal(2,4)，发生氧化反应：HS4H2O8e=SOeq oal(2,4)9H；电极a上发生氧化反应，电极a为负极，b为正极，正极上发生还原反应：2O28e8H=4H2O，当电路中有0.5 mol电子发生转移，则有0.5 mol H通过质子交换膜。【课后作业】1、(1)锌2Zn4e=2Zn2(2)铂O22H2O4e=4OH2、(1)锂Lie=Li(2)有无色气体产生(3)负极3、(1)锂4Li4e=4Li (2)2SOCl24e=4ClSSO24、