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第六章 化學反應與能量
第一節 化學反應與能量變化
1、能例舉常見的吸熱反應和放熱反應，能認識化學反應體系能量改變與化學鍵的斷裂和形成有關。
2、能從物質及能量變化的角度評價燃料的使用價值。
3、能認識到化學能可以轉化為電能；能辨識簡單原電池的構成要素，并能分析簡單原電池的工作原理。
4、能舉例說明化學電源對提高生活質量的意義。
學習目標
搖搖冰
硝酸銨和水
生石灰和水
黑色鐵粉+空氣
一拉熱
結論：化學反應過程中伴隨著能量變化
生活中的化學反應和能量的變化
1、化學反應中的兩類變化
(1)物質變化：
(遵循守質量恒原理)
(2)能量變化：
(遵循守能量恒原理)
有新物質生成
吸收/釋放能量
一、化學反應與熱能
2、化學能與熱能轉化的實驗探究
(1)教材P32·實驗6 1：鎂條與鹽酸反應的能量變化
在一支試管中加入2 mL 2 mol/L 鹽酸，并用溫度計測量其溫度。再向試管中放入用砂紙打磨光亮的鎂條，觀察現象，并測量溶液溫度的變化。
實驗現象：
實驗結論：
鎂條溶解，表面產生大量氣泡；溫度計示數變大。
該反應向外界放出熱量，將化學能→熱能
一、化學反應與熱能
2、化學能與熱能轉化的實驗探究
(2)教材P33·實驗6 2：Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應的能量變化
將20 g Ba(OH)2·8H2O晶體研細后與10 g NH4Cl在燒杯中混合，并將燒杯放在滴有幾滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速攪拌，聞到氣味后迅速用玻璃片蓋上燒杯，用手觸摸燒杯下部，試著用手拿起燒杯。觀察現象。
一、化學反應與熱能
一、化學反應與熱能
2、化學能與熱能轉化的實驗探究
(2)教材P33·實驗6 2：Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應的能量變化
實驗現象：
實驗結論：
刺激性氣味氣體：有NH3生成；該反應向外界吸收熱量，將熱能→化學能；呈糊狀：有H2O生成。
有刺激性氣味氣體產生，燒杯壁變涼，玻璃片與燒杯底部黏結在一起，燒杯內混合物呈糊狀。
Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl＝BaCl2＋10H2O＋2NH3↑
一、化學反應與熱能
3、放熱反應與吸熱反應
(1)概念
放熱反應：
吸熱反應：
把釋放熱量的化學反應稱為放熱反應
把吸收熱量的化學反應稱為放熱反應
注：吸熱反應和放熱反應均屬于化學反應，一些物質溶于水，也會有吸熱和放熱現象(濃H2SO4、NaOH等溶于水要放熱；NH4NO3、KNO3、NH4Cl等溶于水要吸熱)但不能說是放熱反應和吸熱反應。
一、化學反應與熱能
3、放熱反應與吸熱反應
(2)常見的放熱反應和吸熱反應
①常見的放熱反應
Ⅰ、大多數化合反應；
Ⅱ、所有的燃燒反應及緩慢氧化(如食物的腐敗)；
Ⅲ、酸堿中和反應；
Ⅳ、活潑金屬與酸或水的反應；
Ⅴ、少數分解反應(如H2O2的分解) 。
一、化學反應與熱能
3、放熱反應與吸熱反應
(2)常見的放熱反應和吸熱反應
②常見的吸熱反應
Ⅰ、大多數分解反應
Ⅱ、少數化合反應(如：C＋CO2→CO)
Ⅲ、Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl＝BaCl2＋10H2O＋2NH3↑
NaHCO3＋HCl＝NaCl＋H2O＋CO2↑
Ⅳ、C＋H2O(g)→CO＋H2
一、化學反應與熱能
練、思考以下幾個問題：
(1)需要加熱的反應一定就是吸熱反應嗎？反應條件和反應吸放熱是否有必然的聯系？
(2)能自發(自動發生)進行的化學反應一定是放熱反應嗎？
(1)需加熱的反應不一定就是吸熱反應，需要加熱才能進行的反應也可以是放熱反應，如燃燒反應。只有那些需要持續加熱才能維持的反應才是吸熱反應。因此反應條件(加熱)和反應吸放熱沒有必然的聯系。
(2)能自發進行的反應不一定是放熱反應，
如：Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應在常溫下可自發進行
一、化學反應與熱能
練、既是氧化還原反應，又是吸熱反應的是( )
A. 鋁片與稀鹽酸的反應
B. Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反應
C. 灼熱的炭與CO2的反應
D. 甲烷在氧氣中的燃燒反應
C
一、化學反應與熱能
4、微觀角度：化學鍵的斷裂與形成(微觀探析)
思考：化學反應過程中為什么會有能量變化？
(1)化學反應的本質是什么？
(以H2在Cl2中燃燒為例)
H2 ＋ Cl2 === 2HCl
點燃
H ＋ Cl
··
··
··
·
·
H H Cl Cl H Cl
斷 開
斷 開
H Cl
··
··
··
·
·
形 成
本質：舊化學鍵的斷裂，新化學鍵的形成
一、化學反應與熱能
(2)化學反應中能量變化的主要原因
4、微觀角度：化學鍵的斷裂與形成
H2 ＋ Cl2 === 2HCl
點燃
H ＋ Cl
··
··
··
·
·
H H Cl Cl H Cl
斷 開
斷 開
H Cl
··
··
··
·
·
形 成
吸收能量
釋放能量
能量變化的主要原因：化學鍵的斷裂和形成
一、化學反應與熱能
(3)從化學鍵的觀點來分析能量的變化
鍵能：在25oC、101KPa條件下，形成1mol化學鍵時釋放的能量或斷開1mol化學鍵所吸收的能量叫做鍵能
實驗測得：在25oC、101KPa條件下，將1molH2變為2molH原子需吸收436kJ能量，而2molH原子變成1molH2放出436kJ能量，這個能量就是H H的鍵能
4、微觀角度：化學鍵的斷裂與形成
一、化學反應與熱能
某些化學鍵的鍵能(kJ/mol)
化學鍵 鍵能 化學鍵 鍵能
H H 436 C H 415.0
Cl Cl 242.7 O H 462.8
Br Br 193.7 N H 390.8
I I 152.7 H Cl 431.8
C C 347.7 H I 298.7
規律：鍵能越大
化學鍵越牢固
物質越穩定
對于某個確定的化學反應，如何判斷它是放熱反應還是吸熱反應呢？
取決于：斷鍵所吸收的總能量與成鍵所釋放的總能量的相對大小
一、化學反應與熱能
吸收：436＋243＝679kJ
釋放：431×2＝862kJ
反應放熱：862kJ 679kJ=183 kJ
一、化學反應與熱能
已知：1molH2與1molCl2生成2molHCl同時放出183kJ能量
反應歷程
能量
(kJ/mol)
1molH2與1molCl2的能量
2molH與2molCl的能量
2molHCl的能量
斷開1molH H鍵和Cl Cl鍵吸收的能量
形成2molH Cl
鍵放出的能量
能量差183kJ/mol
一、化學反應與熱能
4、宏觀角度：反應物和生成物的總能量(宏觀辯析)
類比法
水由高處向低處流要釋放能量(勢能→動能)
水的流向
反應物總能量
放出
能量
生應物總能量
＝ ＋
結論1：放熱反應反應物的總能量﹥生成物的總能量
反應物的總能量高
生成物的總能量低
化學反應
釋放能量
一、化學反應與熱能
4、宏觀角度：反應物和生成物的總能量
類比法
將水由低處抽向高處需提供能量
(電能→機械能→勢能)
反應物總能量
吸收
能量
生應物總能量
═ ＋
結論2：吸熱反應反應物的總能量﹤生成物的總能量
生成物的總能量高
反應物的總能量低
化學反應
吸收能量
一、化學反應與熱能
4、宏觀角度：反應物和生成物的總能量
反應物總能量
生成物總能量
反應過程
放出能量
能
量
放熱反應的能勢圖
反應物總能量
生成物總能量
反應過程
吸收能量
能
量
吸熱反應的能勢圖
一、化學反應與熱能
小結：一個反應是放熱反應還是吸熱反應取決于
1、微觀角度：化學鍵的斷裂與形成
(1)斷鍵吸收總能量>成鍵釋放總能量，吸熱反應
(2)斷鍵吸收總能量<成鍵釋放總能量，放熱反應
2、宏觀角度：反應物和生成物的總能量
(1)若E反> E生，放出能量，放熱反應
(2)若E反< E生，吸收能量，吸熱反應
一、化學反應與熱能
練、已知：物質儲存能量越高越不穩定
根據下列反應:
C(金剛石，s)＋O2(g)＝CO2(g)；放出能量Q1，
C(石墨，s)＋O2(g)＝CO2(g)；放出能量Q2，
已知：Q1 >Q2，則穩定性金剛石_____石墨。
提示：試畫出兩個反應的能勢圖
<
小結：鍵能越大，越穩定；能量越低越穩定
一、化學反應與熱能
5、人類對能源的利用及能源現狀
(1)人類對化學反應中熱能的利用——燃燒
發現
早期
現代
始于火的發現
以樹枝雜草為主要能源
以煤、石油和天然氣為主要能源
一、化學反應與熱能
5、人類對能源的利用及能源現狀
人類利用能源的三個階段：柴草時期、化石能源時期和多能源結構時期
(2)利用最多的化石燃料面臨的兩個亟待解決的問題
2015年我國能源消費構成圖
64%
18%
6%
12%
①其短期內不可再生，儲量有
限，隨著能源消費需求的不斷增加，能源消費量與儲量之間的矛盾日益突顯；
②煤和石油產品燃燒排放的粉塵、SO2、NOx、CO等是大氣污染物的主要來源。
一、化學反應與熱能
5、人類對能源的利用及能源現狀
(3)節能減排、尋找清潔的新能源
①節能：主要是充分有效地利用資源
如：在燃料利用過程中主要兩個環節：一是燃料燃燒階段，提高燃料的燃燒效率；二是能量利用階段，提高能源利用率。
②理想的新能源應具有資源豐富、可以再生、對環境無污染的特點。
如：太陽能、風能、地熱能、海洋能和氫能等
一、化學反應與熱能
隨著科技的發展和社會的進步，各種各樣的電器不斷進入現代社會，豐富和方便了我們的生活、學習和工作。
火電74%
水電19%
核電3%
風電3%
其他1%
2015年我國電力生產量構成圖
使用電器都需要電能。電能是現代社會中應用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種能源。我們日常使用的電能主要來自火力發電。
新課導入
1、火力發電——化學能間接轉化為電能
(1)火力發電的原理
通過化石燃料燃燒時發生的氧化還原反應，使化學能轉化為熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動蒸汽輪機，帶動發電機發電。
二、化學反應與電能
1、火力發電——化學能間接轉化為電能
(2)能量轉化過程
化學能 熱能 機械能 電能
蒸汽輪機
燃料
燃燒
發電機
(3)火力發電的弊端
①化石燃料屬于不可再生資源，會造成能源危機；
②能量經過多次轉化，利用率低，能量損失大；
③產生煙塵和廢氣，造成空氣污染。
？
化學電池
二、化學反應與電能
2、原電池
(1)教材P36·實驗6 3：原電池原理實驗探究
①將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現象。
②用導線連接鋅片和銅片，觀察、比較導線連接前后的現象。
③用導線在鋅片和銅片之間串聯一個電流表，觀察電流表的指針是否偏轉。
二、化學反應與電能
實驗裝置
實驗現象
實驗結論
Zn
稀H2SO4
Cu
Zn
稀H2SO4
Cu
A
Zn
稀H2SO4
Cu
實驗6 3：原電池原理實驗探究
實驗6 3：原電池原理實驗探究
實驗裝置
實驗現象
實驗結論
Zn
稀H2SO4
Cu
Zn
稀H2SO4
Cu
A
鋅片：逐漸溶解，有氣泡產生；
銅片：無明顯現象
鋅片：逐漸溶解
銅片：有氣泡產生
鋅片：逐漸溶解
銅片：有氣泡產生
電流表：指針發生偏轉
Zn
稀H2SO4
Cu
鋅與稀硫酸反應生成氫氣，銅與稀硫酸不反應
鋅與稀硫酸發生反應，銅片上產生H2
物質在發生化學反應的同時產生了電流，即化學能轉化為電能
實驗6 3：原電池原理實驗探究
(1)教材P36·實驗6 3：原電池原理實驗探究
現象：鋅片溶解，銅片上有氣泡，電流表指針偏轉
Zn
稀H2SO4
Cu
A
鋅片：Zn → Zn2＋
銅片：H＋ → H2↑
e
＋e
①用導線將鋅表面的電子引出來
②Cu起傳導電子的作用
③稀硫酸溶液中離子定向移動，形成閉合回路
二、化學反應與電能
(1)教材P36·實驗6 3：原電池原理實驗探究
內電路離子的定向移動
Cu
Zn
-
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
Zn2+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Zn2+
H+
SO42-
靜電作用
Zn 2e ＝Zn2＋
2H＋＋2e ＝H2↑
原電池
外電路電子的定向移動
二、化學反應與電能
(2)原電池的概念：
(3)原電池的本質：
把化學能轉化為電能的裝置
氧化還原反應
電極材料 電極反應式 反應類型 電極名稱
Zn片
Cu片
總反應式
Zn
稀H2SO4
Cu
A
Zn 2e ＝Zn2＋
2H＋＋2e ＝H2↑
Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑
負極
正極
還原反應
氧化反應
負極：發生氧化反應，是電子流出(流向正極)的一極；
正極：發生還原反應，是電子流入(來自負極)的一極。
二、化學反應與電能
(4)原電池的構成條件
二、化學反應與電能
(4)原電池的構成條件
思考：若將Zn Cu原電池中的Cu片換成石墨棒，還能形成原電池嗎？
二、化學反應與電能
(4)原電池的構成條件
①能自發進行的氧化還原反應
H2SO4
Ag Zn
二、化學反應與電能
(4)原電池的構成條件
①能自發進行的氧化還原反應
②兩個能導電的電極
一般為兩種活動性不同的金屬，或金屬與能導電的非金屬。
H2SO4
Zn Cu
H2SO4
Zn Zn
二、化學反應與電能
(4)原電池的構成條件
①能自發進行的氧化還原反應
②兩個能導電的電極
③構成閉合電路
Zn Cu
Zn Cu
稀硫酸
稀硫酸
二、化學反應與電能
(4)原電池的構成條件
①能自發進行的氧化還原反應
②兩個能導電的電極
③構成閉合電路
④要有電解質溶液(或熔融鹽)
簡記：兩極一液一線一反應
酒精
Zn Cu
二、化學反應與電能
(5)原電池正、負極的判斷
電極材料
電極反應
電子流向
電極現象
離子移向
判
斷
為
負
極
判
斷
為
正
極
不活潑金屬或非金屬
活 潑 金 屬
氧 化 反 應
還 原 反 應
電 子 流 出
電 子 流 入
不 斷 溶 解
質 量 減 小
質 量 增 大
有氣體放出
陰離子移向
陽離子移向
注意：原電池的正負極與電極材料、電解質溶液有關
口訣：
＋＋－－
二、化學反應與電能
練、寫出原電池的電極反應式和總反應式
總反應式：
負極：
正極：
Fe 2e ＝Fe2＋
Cu2＋＋2e ＝Cu
Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu
CuSO4
G
Fe Cu/C
二、化學反應與電能
(6)原電池電極反應式的書寫
列物質標得失
判斷電極反應產物，找出得失電子總數
看環境配守恒
電極產物在電解質溶液中應穩定存在，依據電解質溶液的酸堿性，選對應離子使電極反應式電荷守恒，巧用水使原子守恒。
兩式加驗總式
兩式相加，與總式對照
技巧：復雜的電極反應式＝總式 簡單的電極反應式
二、化學反應與電能
練、寫出原電池的電極反應式和總反應式
①總反應式：
______________________________________
②正極反應式：
________________________________
③負極反應式：______________
Cu＋4H＋＋2NO3 ＝Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O
Cu 2e ＝Cu2＋
2NO3 ＋4H＋＋2e ＝2NO2↑＋2H2O
Zn Cu
濃硝酸
二、化學反應與電能
練、寫出原電池的電極反應式和總反應式
①總反應式：
________________________________
②正極反應式：
________________________
③負極反應式：
______________________________
Mg Al
NaOH溶液
2Al＋2OH ＋2H2O＝2AlO2 ＋3H2↑
6H2O＋6e ＝3H2↑＋6OH
2Al＋8OH 6e ＝2AlO2 ＋4H2O
二、化學反應與電能
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn 2e ＝Zn2＋
2H＋＋2e ＝H2↑
氧化反應
還原反應
負極
正極
外電路中電子沿導線由負極流向正極
失去電子
溶液中陽離子得到電子
SO42
活潑金屬
不活潑金屬或石墨
電解質溶液中
陽離子移向正極
陰離子移向負極
電子不下水
離子不上岸
二、化學反應與電能
3、原電池的應用
(1)加快化學反應的速率
Fe
Cu
H2SO4
Fe
Cu
H2SO4
如：①實驗室常用粗鋅與稀硫酸反應制H2；
②若用純鋅與稀硫酸反應制備H2時，常常加入少許CuSO4溶液。
二、化學反應與電能
A. B. C. D.
練、將少量的A、B兩等份鋅粉裝入試管中，分別加入足量的等濃度、等體積的稀硫酸中，同時向裝A的試管中加入少量CuSO4溶液。如下圖表示產生氫氣的體積V與時間t的關系，其中正確的是( )
0 t/min
V/L
A
B
0 t/min
V/L
A
B
0 t/min
V/L
A
B
0 t/min
V/L
A
B
二、化學反應與電能
原電池中，一般由金屬組成的原電池，相對活潑的金屬作負極，質量減輕；相對不活潑金屬作正極；有物質析出。
3、原電池的應用
(2)比較金屬的活動性強弱
二、化學反應與電能
練、X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導線連接，可以組成原電池，實驗結果如圖所示：
則這四種金屬的活潑性強弱順序為：_____________
Z＞Y＞X＞W
二、化學反應與電能
練、把Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋設計成原電池，可用____作負極，______作正極，__________作電解質溶液。
FeCl3溶液
Fe
銅或
石墨
Fe
銅(或C)
FeCl3溶液
3、原電池的應用
(3)設計原電池：
能與電解質溶液反應的是負極，正極不參與反應，提供反應場所。
二、化學反應與電能
練、依據氧化還原反應2H＋+Mg＝Mg2＋+H2↑設計的原電池如圖所示，下列說法不正確的是(　 )
A. 電子從X電極經導線流向Ag電極
B. 電解質溶液Y是H2SO4溶液
C. 當外電路中有0.2 mol電子經過導線時Ag電極周圍有2.24 L H2生成
D. 電解質溶液中的陰離子移向X極
X
Ag
Y
C
二、化學反應與電能
1、簡易電池的設計與制作——水果電池
二、化學反應與電能
1、簡易電池的設計與制——超級檸檬電池
二、化學反應與電能
2、化學電池的發展
干電池
鋅錳酸性干電池
鋅錳堿性干電池
一次電池
二次電池
蓄電池
鉛蓄電池
鎳鎘堿性蓄電池
鎳氫堿性蓄電池
鋰離子電池
燃料電池
氫氧燃料電池
有機物燃料電池
二、化學反應與電能
①普通鋅錳干電池
(1)常見的一次電池
負極：Zn–2e ＝Zn2＋
正極：2NH4＋＋2e ＋2MnO2＝
2NH3＋Mn2O3＋H2O
總反應： Zn＋2MnO2＋2NH4＋＝
Zn2＋＋2NH3＋Mn2O3＋H2O
缺點：放電后電壓不穩定、鋅筒會逐漸變薄漏液
二、化學反應與電能
②堿性鋅錳干電池
(1)常見的一次電池
改進措施：酸性NH4Cl→堿性KOH (降低自放電)
負極：鋅片→鋅粉(反應面積增大電流大幅度提高)
二、化學反應與電能
②堿性鋅錳干電池
總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O＝
Zn(OH)2＋2MnOOH
負極：
正極：
Zn–2e ＋2OH ＝Zn(OH)2
2H2O＋2e ＋2MnO2＝
2OH ＋2MnOOH
二、化學反應與電能
③銀鋅電池(紐扣電池)
總反應：
Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn(OH)2＋2Ag
Zn–2e ＋2OH ＝Zn(OH)2
Ag2O＋2e ＋H2O＝2Ag＋2OH
負極：
正極：
二、化學反應與電能
①鉛蓄電池(最早使用的二次電池)
(2)常見的二次電池
電極材料
正極：_______、負極：_____
電解質溶液：__________
Pb
PbO2
H2SO4溶液
總反應：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
放電
充電
優點：價格低廉，原料易得，電壓穩定，使用安全可靠，可再次充電。
二、化學反應與電能
負極：
正極：
Pb–2e ＋SO42 ＝PbSO4
PbO2＋4H＋＋SO42 ＋2e ＝PbSO4＋2H2O
①鉛蓄電池(最早使用的二次電池)
(2)常見的二次電池
已知：PbSO4不溶于水、也不溶于酸
總反應：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
放電
充電
二、化學反應與電能
練、鉛蓄電池在放電過程中當消耗0.2 mol H2SO4時，電路中有____mol e 轉移，此過程中負極板_______(“增加”、“減小”或“不變”)_____ g。
分析:
PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
放電
充電
~2e
0.2
電子就是酸
負極: Pb–2e ＋SO42 ＝PbSO4
2mole m↑ 96
增加
9.6
二、化學反應與電能
②鎳氫電池：
(2)常見的二次電池
負極是儲氫材料，通常MH(注意：其中各元素化合價均視為0)表示，如LaNi5H6(H嵌入儲氫合金LaNi5晶格之中)；電解液通常是30%的KOH水溶液。
總反應：MH＋NiOOH Ni(OH)2＋M
放電
充電
負極：
正極：
MH–e ＋OH ＝M＋H2O
NiOOH＋e ＋H2O＝Ni(OH)2＋OH
二、化學反應與電能
③鋰離子電池：
(2)常見的二次電池
采用不同的儲鋰化合物為正負極材料構成電池。當電池循環工作時，鋰離子(Li＋)在正負極材料間交換。
放電時
充電時
蜂巢A(負極)
蜂巢B(正極)
將鋰離子電池的工作原理與蜜蜂在蜂巢間的遷移進行類比
放電
充電
LixC6＋Li1-xCoO2 6C＋LiCoO2
二、化學反應與電能
(3)燃料電池
燃料電池是一種將燃料(和氧化劑)的化學能連續的轉換為電能得裝置。與普通電池比較，燃料電池具有較高的能量轉化效率。燃料電池和其它類型電池最本質的區別在于反應物供應方式不同。對于燃料電池，燃料和氧化劑可以根據需要從外部源源不斷連續供給，只要有活性物質供應給電極，燃料電池就會產生電能。
二、化學反應與電能
(3)燃料電池：
①電極是用鎳、銀、鈀、鉑等金屬粉末壓制成可以透過氣體的多孔又可導電的特殊材料制作的；
②燃料(如：H2、N2H4、CO、CH4、C2H2等)和氧化劑(通常是O2)分別從負級和正極的外側不斷地通過電極里的微孔進入電池體系，并分別在各自的電極上受到電極材料的催化而發生氧化和還原反應，同時產生電流。
二、化學反應與電能
(3)燃料電池：
③燃料電池分類 (依據介質種類)
燃料
氧氣
介質
有可傳導的離子
酸性介質
可傳導H＋
堿性介質
可傳導OH
固體氧化物
可傳導O2
熔融碳酸鹽
可傳導CO32
二、化學反應與電能
(3)燃料電池——氫氧燃料電池
電解質 電極反應式
酸性電解質 (可傳導H＋) 負極
正極
堿性電解質 (可傳導OH ) 負極
正極
4e
基本原理：2H2 ＋ O2 ＝ 2H2O
2H2 4e ＝4H＋
O2＋4e ＋4H＋＝2H2O
2H2 4e ＋4OH ＝4H2O
O2＋4e ＋2H2O＝4OH
二、化學反應與電能
電解質 電極反應式
固體氧化物(可傳導O2 ) 負極
正極
熔融碳酸鹽(可傳導CO32 ) 負極
正極
2H2 4e ＋2O2 ＝2H2O
O2＋4e ＝2O2
2H2 4e +2CO32 ＝2H2O+2CO2
O2＋4e ＋2CO2＝2CO32
二、化學反應與電能
(3)燃料電池——氫氧燃料電池
4e
基本原理：2H2 ＋ O2 ＝ 2H2O
(3)燃料電池——甲烷燃料電池
電解質 電極反應式
酸性電解質 (可傳導H＋) 負極
正極
堿性電解質 (可傳導OH ) 負極
正極
8e
基本原理：CH4 ＋ 2O2 → CO2 ＋ 2H2O
堿性介質：C→CO32 ，其他介質：C→CO2
CH4 8e ＋2H2O＝CO2＋8H＋
O2＋4e ＋4H＋＝2H2O
CH4 8e ＋10OH ＝CO32 ＋7H2O
O2＋4e ＋2H2O＝4OH
二、化學反應與電能
電解質 電極反應式
固體氧化物(可傳導O2 ) 負極
正極
熔融碳酸鹽(可傳導CO32 ) 負極
正極
CH4 8e ＋O2 ＝CO2＋2H2O
O2＋4e ＝2O2
CH4 8e ＋CO32 ＝5CO2＋2H2O
O2＋4e ＋2CO2＝2CO32
二、化學反應與電能
(3)燃料電池——甲烷燃料電池
8e
基本原理：CH4 ＋ 2O2 → CO2 ＋ 2H2O
堿性介質：C→CO32 ，其他介質：C→CO2
練、將反應C2H8N2＋2N2O4＝2CO2＋3N2＋4H2O設計成燃料電池，其電極反應為
負極：_____________________________________
正極：_____________________________________
C2H8N2–16e ＋4H2O＝2CO2＋N2＋16H＋
2N2O4＋16e ＋16H＋＝2N2＋8H2O
二、化學反應與電能
類型 反應式 pH變化
酸性 燃料電池 總反應: 2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O
正極: O2＋4e ＋4H＋＝2H2O
負極: CH3OH 6e ＋H2O＝CO2↑＋6H＋
堿性 燃料電池 總反應: 2CH3OH＋3O2＋4OH ＝2CO32 ＋6H2O
正極: O2＋4e ＋2H2O＝4OH
負極: CH3OH 6e ＋8OH ＝CO32 ＋6H2O
增大
減小
增大
增大
減小
減小
口訣: 正增負減
分析：正、負極區及電解質溶液pH變化
二、化學反應與電能
練、乙醇燃料電池中采用磺酸類質子溶劑，在200℃左右時供電，電池總反應: C2H5OH＋3O2＝2CO2＋3H2O，電池示意圖如圖所示。下列說法中正確的是(　　)
A. 電池工作時，質子向電池的負極遷移
B. 電池工作時，電子由b極沿導線流向a極
C. a極上發生的電極反應:
C2H5OH＋3H2O＋12e ＝2CO2＋12H＋
D. b極上發生的電極反應:
4H＋＋O2＋4e ＝2H2O
D
乙醇
氧氣
質子
質子交換膜
a b
二、化學反應與電能

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