1、贵州省册亨一中 2011 届高三化学备考学案 23：燃料电池燃料电池两电极都不参加反应，反应的是通到电极上的燃料和氧气，电极反应式的书写有难度。难点磁场请试做下列题目，然后自我界定学习本篇是否需要。熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐混合物作电解质，CO 为阳极燃气，空气与 CO2 的混合气为阴极助燃气，制得在 650 下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO2CO 4CO24e 23 正极反应式： 。总电池反应式： 。案例探究例题某原电池中盛有 KOH 浓溶液，若分别向_(填“正”或“负” ，下同) 极通入可燃性气体，
2、向_极通入 O2，则电路中就有电流通过，试完成下列问题：可燃性气体 正极反应 负极反应 电池总反应 pH 变化(1) H2(2) H2S(3) CO(4) CH4(5) C2H4(6) C2H2命题意图：考查学生书写燃料电池电极反应的能力。知识依托：原电池原理和氧化还原反应原理。错解分析：忽视电解质溶液是 KOH 溶液，误以为负极能放出酸性气体。解题思路：燃料电池中，负极通入的气体具有可燃性，在反应中失去电子，被氧化到较高价态：氢元素将被氧化到最高价：1 价，在碱性溶液中产物不是 H ，而是 H2OH与 OH 结合的产物。H2S 中硫元素，含碳物质中的碳元素将被氧化到4 价，而4 价的硫(或4
3、 价的碳) 又不能单独存在，在其常见形式 SO2 和 SO (或 CO2 和 CO )中，因周围环境显碱性生成酸33性 氧 化 物 是 不 可 能 的 ， 产 物 应 为 SO (或 CO )， O2 由 谁 来 提 供 ？ 显 然 是 OH ， 提 供 O2后裸离的 H 怎么办？与别的 OH 结合生成 H2O。若燃料中含有 1 价的氢元素，则它反应前后的价态不变(都是1 价)，氢元素反应前在含碳燃料中，反应后在生成物水中。负极电极反应式可根据电荷守恒而配平。燃料电池中，正极通入的 O2 得电子被还原，成为 O2 。O24e =2O2O2 被 H2O 分子俘获变为 OH ：H2OO 2 =2O
4、H将正、负两极电极反应式叠加，可得电池总反应。根据电池总反应可判定电解质溶液 pH的变化。答案：正极反应 负极反应 电池总反应 pH 变化(1) H22e 2OH =2H2O2H2O 2=2H2O 变小(2)H2S6e 8OH =SO 5H 2O32H2S3O 24OH =2SO 4H 2O3 变小(3)CO2e 4OH =CO 2H 2O32COO 24OH =2CO 2H 2O3 变小(4)CH4 8e 10OH =CO 7H2O3CH42O 22OH =CO 3H 2O3 变小(5)C2H4 12e 16OH =2CO 10H 2O3C2H43O 24OH =2CO 4H 2O3变小(6
5、)O2 4e 2H2O=4OHC2H2 10e 14OH =2CO 8H 2O32C2H25O 28OH =4CO 6H 2O3变小锦囊妙计燃料电池的负极反应，一般较难写出，而正极反应和电池总反应却较易写出。用电池总反应减去正极反应可得负极反应，这是写负极反应式的一种巧妙方法。歼灭难点训练1.() 将例题中的惰性电极改为 Al 电极和 Mg 电极，并停止通气体，则：(1)正极反应为： ；(2)负极反应为： ；(3)电极总反应式为：_；电解质溶液的 pH 变化为：_(填“增大” “不变”或“变小”)。2.() 将例题中的“KOH(aq)”改为：稀 H2SO4，其他同例题，试回答前(4)问。3.(
6、) 将 Al、Fe 两电极分别插入盛有稀 HNO3 的电解质溶液中组成原电池，试回答 1 题中三个问题。4.()将 Al、Cu 两电极分别插入盛有 18.4 molL1 的 H2SO4(aq)中组成原电池，试回答 1 中三问。附：参考答案难点磁场提示：原电池中，正极上富余电子，通入正极上的 O2 得到电子：O24e =2O2O2 半径很小，在熔盐中不能单独存在，被 CO2 分子俘获：CO2O 2 =CO 3将正、负两极上的电极反应式叠加，可得总反应方程式。答案：O 22CO 24e =2CO 32COO 2=2CO2歼灭难点训练1.提示：碱性溶液中，Al 比 Mg 活泼，负极上 Al 失去电子
7、。正极上 H2O 得电子，逸出H2，生成 OH 。答案：(1)6H 2O6e =6OH 3H 2( 或 6H 6e =3H2)(2)2Al6e 8OH =2AlO 4H 2O(3)2Al2OH 2H 2O=2AlO 3H 2 变小2.提示：负极上，H 2、H 2S、CO、CH 4 失电子，分别生成 H 、H 和 SO2、CO 2、H 和CO2，产物中 O 原子由 H2O 提供。正极上，O 2 得电子变为 O2 ，O 2 与 H 结合生成 H2O。如果有水生成，溶液的浓度和 pH 都会发生变化。答案：正极反应 负极反应 电池总反应 pH 变化(1) H22e =2H+ 2H2O 2=2H2O 变
8、大(2) H2S6e 2H 2O=SO26H +2H2S3O 2=2SO2H2O 变大(3) CO2e H 2O=CO22H + 2COO 2=CO2 不变(4)O2 4e 4H+=2H2OCH4 8e 2H2O=CO2 8H+CH42O 2=CO22H 2O 变大3.提示：活泼金属 Al 失电子变成 Al3 ，电子由负极流向正极，正极上 NO (而非 H )3得电子变成 NO 逸出，同时有 H 参加反应，与 NO 的另外 2 个2 价的 O 原子结合成 H2O3分子。答案：(1)4H NO 3e =2H2ONO3(2)Al3e =Al3(3)Al4H 2NO =Al3 2H 2ONO 变大4
9、.解析：活泼金属 Al 在浓硫酸中钝化，Cu 作负极失去电子成为 Cu2 ，电子流向正极，正极上溶液中的 H2SO4 分子得到电子变为 H2O 和 SO2。由于纯硫酸的电离度大于纯水的电离度。而在水参加的电极反应式中，H 2O 分子可拆为 H 和 OH ，所以浓硫酸参加的电极反应式中，H 2SO4 分子可拆成 H 和 SO ；而依照离子方程式的写法，可知在电池反应中 H2SO44分子不能拆分为离子。因为电池反应中，H 2SO4 被消耗，且有 H2O 生成，所以 H2SO4 逐渐变稀，c(H )逐渐变大，pH 逐渐变小，直至浓 H2SO4 变成稀 H2SO4，Cu 与稀 H2SO4 不再发生反应。但这时 Al 与稀 H2SO4 发生反应，负极上 Al 失电子变为 Al3 ，正极上 H 得电子变为 H2。稀 H2SO4 被消耗，c(H )变小，pH 变大。答案：(1)开始：4H SO 2e =2H2OSO 2，后来：2H 2e =H224(2)开始：Cu 2e =Cu2 ，后来：Al3e =Al3(3)开始：Cu 2H 2SO4(浓)=CuSO 42H 2OSO 2，后来：2Al3H 2SO4(稀)=Al2(SO4)33H 2 先变小后变大w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
