快速书写燃料电池电极反应方程式.docx
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快速书写燃料电池电极反应方程式
燃料电池电极反应方程式书写
【学习目标】
1、了解常见电池的分类及优点;
2、了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。
3、重点掌握燃料电池电极方程式的书写
【前情回顾】
原电池重要内容总结:
①电极反应类型:
负活失氧(一般情况下,负极活泼失电子,发生氧化反应)
②电子移动方向:
从负到正(电子从负极流向正极)
③电流移动方向:
从正到负(电流从电源正极到负极)
④离子移动方向:
正正负负(内电路离子移动方向,阳离子移项正极,阴离子移项负极)
【本节要点】
一、化学电池电极反应式的书写
1、根据装置书写电极反应式
①先分析题目给定的图示装置,确定原电池正负极上的反应物质,并标出电子得失的数目。
②电极反应式的书写
a.负极:
活泼金属或H2失去电子生成阳离子;若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存,则该阴离子应写入负极反应式。
如铅蓄电池,负极:
Pb+SO42--2e-=PbSO4。
b.正极:
阳离子得到电子生成单质或O2得到电子,若反应物是O2,则有以下规律:
电解质溶液是碱性或中性:
O2+2H2O+4e-=4OH-
电解质溶液是酸性;O2+4H++4e-=2H2O
③正负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。
2、给出总反应式,写电极反应式
如果题目给定的是总反应式,可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况),选择一个简单的变化去写电极反应式,另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式,用总反应式减去已写出的电极反应式,即得结果。
以2H2+O2=2H2O为例,当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下。
①根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况,确定2molH2失掉4mol电子,初步确定负极反应为:
2H2-4e-=4H+。
②根据电解质溶液为碱性,与H+不能共存,反应生成水,推出OH-应写入负极反应式为:
2H2+4OH--4e-=4H2O。
③用总反应式2H2+O2=2H2O减去负极反应式得正极反应式为:
2H2O+O2+4e-=4OH-。
3、燃料电池(X+O2+介质)(H+/OH-/固体氧化物/熔融碳酸盐)电极方程式书写
【秒杀技巧】
写:
反应物(燃料);产物(例如,碱性:
CO32-,酸性CO2......)
算:
算电子得失(口诀:
碳4、氢1、氧-2)
配:
选离子(例如碱性:
OH-,酸性H+......)配电荷
补:
查氧补水配H、O原子
电极方程式书写
(1)正极方程式:
均为O2得4电子!
酸性:
O2+4e-+4H+=2H2O
碱性:
O2+4e-+2H2O=4OH-
固体氧化物:
O2+4e-=2O2-
熔融碳酸盐:
O2+2CO2+4e-=2CO32-
(使用条件:
高温)
(2)负极方程式:
失电子数(碳四氢一氧减二,氮变氮气不计算!
)
酸性:
CH3OCH3-12e-+3H2O=12H++2CO2(例:
失电子数目4*2+6—2*1=12)
C3H8-20e-+6H2O=20H++3CO2
C6H12O6-24e-+6H2O=20H++6CO2
碱性:
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
C2H4+16OH--12e-=2CO32-+10H2O
N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2
固体氧化物:
C4H10-26e-+13O2-=5H2O+4CO2
熔融碳酸盐:
C3H6-18e-+9CO32-=3H2O+12CO2
答案:
D
【实战训练】
1、某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、k2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图,下列说法正确的是()
A.
此电池常温时也能工作
B.正极电极反应式为:
O2+2CO2+4e=2CO32-
C.CO32-向正极移动
D.a为CH4,b为空气
答案:
B
2.(2015课标Ⅰ,11,6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。
下列有关微生物电池的说法
的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2
6CO2+6H2O
答案:
A
3.(2018海南单科,8,4分)一种镁氧电池如图所示,电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭,电解液为KOH浓溶液。
下列说法错误的是( )
A.电池总反应式为:
2Mg+O2+2H2O
2Mg(OH)2
B.正极反应式:
Mg-2e-
Mg2+
C.活性炭可以加快O2在负极上的反应速率
D.电子的移动方向由a经外电路到b
答案:
BC
4.(2015天津理综,4,6分)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。
下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(S
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案:
C
5.(2018·苏州联考)科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。
质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:
O2+4H++4e-===2H2O
C.电路中每通过4mol电子,在正极消耗44.8LH2S
D.每17gH2S参与反应,有1molH+经质子膜进入正极区
答案:
C
6.(2018天津红桥二模,10,节选)(4分)
(2)甲烷固体燃料电池属于第三代燃料电池,是一种在高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。
其工作原理如下图所示。
①a是电池的 极(填“正”或“负”)。
②b极的电极反应式为 。
答案:
正CH4-8e-+4O2-=2H2O+CO2
7.
(1)锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。
该电池的反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移进入MnO2晶格中,生成LiMnO2。
回答下列问题:
①外电路的电流方向是由________(填“a”或“b”,下同)极流向________极。
②电池的正极反应式为____________________________________________________。
(2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。
已知某种甲醇微生物燃料电池中,电解质溶液为酸性,示意图如下:
①该电池中外电路电子的流动方向为____________(填“从A到B”或“从B到A”)。
②工作结束后,B电极室溶液的pH与工作前相比将______(填“增大”“减小”或“不变”,溶液体积变化忽略不计)。
③A电极附近甲醇发生的电极反应为________________________________________。
答案:
①:
ba
②MnO2+e-+Li+=LiMnO2
(2)①从A到B②增大
③CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2