2020高三化学二轮专题复习--燃料电池电极方程式的书写(共12张PPT)
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负极反应 C3H8 +10 O2－－20e－= 3CO2 + 4H2O 正极反应 O2 + 4e－ ＝ 2O2－ 电池总反应 C3H8 +5O2 =3CO2 + 4H2O
9.现场演练
负极反应 H2 +CO+2CO32－－4e－= 3CO2 + H2O 正极反应 O2 + 4e－+2CO2 = 2CO32－ 电池总反应 H2 +CO +O2 =CO2 + H2O
阴阳离子的移动（内电路）
阴离子
负极；阳离子
电子的移动（外电路） 负极 正极
正极 电子不下水，离子不上岸
电流的移动（外电路） 正极 负极 （与电子移动方向相反）
电势高低
正极 > 负极
3.燃料电池
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。 由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受 卡诺循环效应的限制，因此效率高; 另外，燃料电池用燃料和氧气作为同时没有机械传动部 件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的 角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
MCFC的导电离子为CO2在阴极为反应物， 而在阳极为产物。实际上电池工作过程中 CO2在循环，即阳极产生的CO2返回到阴极 ，以确保电池连续地工作。通常采用的方 法是将阳极室排出来的尾气经燃烧消除其 中的H2和CO，再分离除水，然后将CO2返 回到阴极循环使用。
正极反应：O2 + 2CO2+4e－ ＝ 2 CO32－ 负极反应：2H2 + 2CO32－－4e－ ＝2CO2+2H2O 总反应：2H2 + O2 =2H2O
负极：2H2 -4e-= 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- =2H2O 电池总反应：2H2 + O2 =2H2O
6.固体氧化物燃料电池（SOFC）
如以固体氧化锆—氧化钇为电解质
在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，具有 催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结 构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气 或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身 的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用 下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度 梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃 料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。
9.现场演练
负极反应 3H2 －6e－= 6H+ 正极反应 N2 + 6H++6e－ = 2NH3 电池总反应 N2 +3H2 =2NH3
8.梳理思路
燃料电池电极反应式的书写 1.判定燃料电池的正、负极 2.查找两极反应物（如通入的气体） 3.判定电解质是否参与反应(如铝-空气燃料电池) 4.推断或查找正负极产物（如Mg-AgCl电池） 5.根据电子得失、电荷守恒、元素守恒配平
列物质，标得失 选离子，配电荷 巧用水，配个数
9.现场演练Hale Waihona Puke Baidu
5.质子交换膜燃料电池（PEMFC）
基本构造: 质子交换膜、电催化剂、碳纤维纸扩散层
原理上相当于水电解的“逆”装置。其 单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成， 阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为 氧化剂还原的场所，两极都含有加速电 极电化学反应的催化剂，质子交换膜作 为传递H+的介质，只允许H+通过，而 H2失去的电子则从导线通过。工作时相 当于一直流电源，阳极即电源负极，阴 极即电源正极。
1.原电池工作原理
以锌铜原电池为例
失电子，沿导线传递，有电流产生
负极
正极
氧化反应 Zn - 2e-=Zn2+
还原反应 Cu2+ + 2e-= Cu
电解质 阴离子 溶液
阳离子
总反应 Zn +Cu2+-=Zn2++ Cu
2.梳理思路
正负极的变化 负极：金属活动性强，失去电子，化合价升高，发生氧化反应。 正极：金属活动性弱，得到电子，化合价降低，发生还原反应。
介质为酸性 正极：O2 + 4e－ ＝ 2O2－ 负极：2H2 － 4e－ ＝ 4H+
介质为中性 正极 O2 + 4e－ ＝ 2O2－ 负极 2H2 － 4e－+ 2O2－＝ 2H2O
7.熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
电解质为熔融碳酸盐，一般为碱金属Li、K、Na、Cs的碳酸盐混合物，隔膜材料是LiAiO2，正 极和负极分别为添加锂的氧化镍和多孔镍。
根据电解质不同，大致分为 水溶液型 质子交换膜型 熔融盐型 固体氧化物型
4.水溶液燃料电池
酸性 氢氧燃料电池
电解质为H2SO4时： 负极：2H2 -4e-= 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- =2H2O 电池总反应：2H2 + O2 =2H2O
碱性 氢氧燃料电池
电解质为KOH时： 负极：2H2 + 4OH--4e-= 4H2O 正极：O2 + 2H2O+ 4e- =4OH电池总反应：2H2 + O2 =2H2O
9.现场演练
负极反应 H2 +CO+2CO32－－4e－= 3CO2 + H2O 正极反应 O2 + 4e－+2CO2 = 2CO32－ 电池总反应 H2 +CO +O2 =CO2 + H2O
阴阳离子的移动（内电路）
阴离子
负极；阳离子
电子的移动（外电路） 负极 正极
正极 电子不下水，离子不上岸
电流的移动（外电路） 正极 负极 （与电子移动方向相反）
电势高低
正极 > 负极
3.燃料电池
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。 由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受 卡诺循环效应的限制，因此效率高; 另外，燃料电池用燃料和氧气作为同时没有机械传动部 件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的 角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
MCFC的导电离子为CO2在阴极为反应物， 而在阳极为产物。实际上电池工作过程中 CO2在循环，即阳极产生的CO2返回到阴极 ，以确保电池连续地工作。通常采用的方 法是将阳极室排出来的尾气经燃烧消除其 中的H2和CO，再分离除水，然后将CO2返 回到阴极循环使用。
正极反应：O2 + 2CO2+4e－ ＝ 2 CO32－ 负极反应：2H2 + 2CO32－－4e－ ＝2CO2+2H2O 总反应：2H2 + O2 =2H2O
负极：2H2 -4e-= 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- =2H2O 电池总反应：2H2 + O2 =2H2O
6.固体氧化物燃料电池（SOFC）
如以固体氧化锆—氧化钇为电解质
在固体氧化物燃料电池的阳极一侧持续通入燃料气，具有 催化作用的阳极表面吸附燃料气体，并通过阳极的多孔结 构扩散到阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气 或空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身 的催化作用，使得O2得到电子变为O2-，在化学势的作用 下，O2-进入起电解质作用的固体氧离子导体，由于浓度 梯度引起扩散，最终到达固体电解质与阳极的界面，与燃 料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极。
9.现场演练
负极反应 3H2 －6e－= 6H+ 正极反应 N2 + 6H++6e－ = 2NH3 电池总反应 N2 +3H2 =2NH3
8.梳理思路
燃料电池电极反应式的书写 1.判定燃料电池的正、负极 2.查找两极反应物（如通入的气体） 3.判定电解质是否参与反应(如铝-空气燃料电池) 4.推断或查找正负极产物（如Mg-AgCl电池） 5.根据电子得失、电荷守恒、元素守恒配平
列物质，标得失 选离子，配电荷 巧用水，配个数
9.现场演练Hale Waihona Puke Baidu
5.质子交换膜燃料电池（PEMFC）
基本构造: 质子交换膜、电催化剂、碳纤维纸扩散层
原理上相当于水电解的“逆”装置。其 单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成， 阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为 氧化剂还原的场所，两极都含有加速电 极电化学反应的催化剂，质子交换膜作 为传递H+的介质，只允许H+通过，而 H2失去的电子则从导线通过。工作时相 当于一直流电源，阳极即电源负极，阴 极即电源正极。
1.原电池工作原理
以锌铜原电池为例
失电子，沿导线传递，有电流产生
负极
正极
氧化反应 Zn - 2e-=Zn2+
还原反应 Cu2+ + 2e-= Cu
电解质 阴离子 溶液
阳离子
总反应 Zn +Cu2+-=Zn2++ Cu
2.梳理思路
正负极的变化 负极：金属活动性强，失去电子，化合价升高，发生氧化反应。 正极：金属活动性弱，得到电子，化合价降低，发生还原反应。
介质为酸性 正极：O2 + 4e－ ＝ 2O2－ 负极：2H2 － 4e－ ＝ 4H+
介质为中性 正极 O2 + 4e－ ＝ 2O2－ 负极 2H2 － 4e－+ 2O2－＝ 2H2O
7.熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
电解质为熔融碳酸盐，一般为碱金属Li、K、Na、Cs的碳酸盐混合物，隔膜材料是LiAiO2，正 极和负极分别为添加锂的氧化镍和多孔镍。
根据电解质不同，大致分为 水溶液型 质子交换膜型 熔融盐型 固体氧化物型
4.水溶液燃料电池
酸性 氢氧燃料电池
电解质为H2SO4时： 负极：2H2 -4e-= 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- =2H2O 电池总反应：2H2 + O2 =2H2O
碱性 氢氧燃料电池
电解质为KOH时： 负极：2H2 + 4OH--4e-= 4H2O 正极：O2 + 2H2O+ 4e- =4OH电池总反应：2H2 + O2 =2H2O