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第六章
第一節 化學反應與能量變化
第六課時 燃料電池
新人教版 化學 必修第二冊
01
目錄
原電池原理
02
燃料電池
01
一、原電池原理
一、原電池原理的應用
一、原電池原理的應用
3．原電池正、負極的判斷
(1)根據電極材料判斷
一般來講，活動性較強的金屬為負極，活動性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極。
(2)根據電流方向或電子流動方向來判斷
在外電路(導線)中，電流由正極流向負極，電子由負極流向正極。
(3)根據反應類型判斷
原電池的負極總是失電子發生氧化反應，正極總是得電子發生還原反應。
1.原電池正、負極的判斷
(1)根據電極材料判斷
一般來講，活動性較強的金屬為負極，活動性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極。
(2)根據電流方向或電子流動方向來判斷
在外電路(導線)中，電流由正極流向負極，電子由負極流向正極。
(3)根據反應類型判斷
原電池的負極總是失電子發生氧化反應，正極總是得電子發生還原反應。
一、原電池原理
(4)根據現象判斷
一般來說，溶解的一極為負極，增重或不變或有氣泡放出的一極為正極。
(5)對于燃料電池而言，電極為惰性材料(Pt、C)，電極本身不反應，只起傳導電子的作用，故可根據向兩極通入的氣體成分來判斷正負極。燃料電池的負極通入的一定是可燃性氣體(還原劑)，正極通入的一定是助燃性氣體(氧化劑一般為O2)。
一、原電池原理
1．加快氧化還原反應的速率
(1)原理：在原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中的粒子運動時相互間的干擾減小，使反應速率增大。
(2)應用：實驗室用Zn和稀H2SO4(或稀鹽酸)反應制H2，常用粗鋅，它產生H2的速率快。原因是粗鋅中的雜質和鋅、稀H2SO4(或稀鹽酸)形成原電池，加快了鋅的反應，使產生H2的速率加快。
一、原電池原理的應用
2．比較金屬的活動性強弱
(1)原理：原電池中，一般活動性強的金屬為負極，活動性弱的金屬為正極。
(2)應用：有兩種金屬A和B，用導線連接后插入到稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產生，由原電池原理可知，金屬活動性A>B。
3．設計原電池
(1)思路：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質溶液中的陽離子)在正極上被還原。
一、原電池原理
(2)步驟
①找：找一個能夠自發進行的氧化還原反應，只有自發進行的氧化還原反應才能被設計成原電池。
②拆：將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應，還原劑－ne－===氧化產物(負極電極反應)；氧化劑＋ne－===還原產物(正極電極反應)。
③定：根據氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極活潑性差的金屬或能導電的非金屬。
④畫：連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
一、原電池原理
(3)實例(以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu為例)
材料選擇 電極反應式 裝置
負極：Fe 正極：Cu或C等(活潑性比Fe差的金屬或導電的石墨棒均可) 電解質溶液： CuSO4溶液 負極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：Cu2＋＋2e－===Cu
01
二、反應熱的計算
二、電極反應式的書寫
1．書寫電極反應式的原則
電極反應式遵循質量守恒、得失電子守恒及電荷守恒，遵循離子方程式的書寫規則，兩電極反應式相加得電池總化學(或離子)方程式。
2．電極反應式形式
負極反應：還原劑－ne－===氧化產物
正極反應：氧化劑＋ne－===還原產物
二、電極反應式的書寫
3．電極反應式的書寫思路
三、燃料電池
⑴ 氫氧燃料電池
酸性電解質 堿性電解質
負極反應 2H2－4e—＝ 4H+ 2H2＋4OH—－4e—＝ 4H2O
正極反應 O2 ＋4H+ ＋4e—＝ 2H2O O2＋2H2O＋4e— ＝ 4OH—
總反應 2H2 + O2 ＝ 2H2O 三、燃料電池
(2)甲烷燃料電池
***正極：2O2＋8H+＋8e—＝4H2O
總反應：CH4 ＋ 2O2 ＝CO2＋2H2O
O2
CH4
負極
正極
酸性電解質下反應式：
負極：CH4＋2H2O－8e—＝CO2＋8H+
三、燃料電池
(2)甲烷燃料電池
***正極：2O2＋4H2O＋8e—＝8OH—
總反應：CH4 ＋ 2O2 ＋ 2OH—＝CO32- ＋3H2O
O2
CH4
負極
正極
堿性電解質下反應式：
負極：CH4＋10 OH—－8e—＝CO32-＋7H2O
三、燃料電池
(3)甲醇燃料電池
酸性電解質下反應式：
負 極：2CH3OH － 12e— ＋2H2O ＝ 12H+ ＋ 2CO2
正 極：3O2 ＋ 12e—＋12H+ ＝ 6H2O
總反應：2CH3OH ＋ 3O2 ＝ 2CO2 ＋ 4H2O
注意：1.燃料電池不燃燒，不寫“點燃”條件。
2.電極不參與反應，一般 正負電極 都為 Pt 。
3.輸入燃料的一極為負極，輸入O2的一極為正極。
4.電解質酸堿性不同，電極反應不同。
三、燃料電池
課堂檢測
內容內容內容
10．下列反應屬于放熱反應的是
A．煅燒石灰石制生石灰 B．煤的氣化制水煤氣
課堂檢測
A
1．100 g碳燃燒所得氣體中，CO占體積，CO2占體積，且C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH(298 K)＝－110．35 kJ·mol－1，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH(298 K)＝－282．57 kJ·mol－1。與這些碳完全燃燒相比較，損失的熱量約為(　　)
A．392．92 kJ B．2489．44 kJ
C．784．92 kJ D．3274．3 kJ
內容內容內容
10．下列反應屬于放熱反應的是
A．煅燒石灰石制生石灰 B．煤的氣化制水煤氣
課堂檢測
D
2.若使23 g酒精液體完全燃燒，最后恢復到室溫，則放出的熱量為(　　)
A．Q1＋Q2＋Q3
B．0．5(Q1＋Q2＋Q3)
C．0．5Q1－0．5Q2＋0．5Q3
D．－(1．5Q1－0．5Q2＋0．5Q3)
內容內容內容
P4具有正四面體結構，PCl5中P—Cl鍵的鍵能為c kJ/mol，PCl3中P—Cl鍵的鍵能為1．2c kJ/mol。下列敘述正確的是(　　)
A．P—P鍵的鍵能大于P—Cl鍵的鍵能
B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反應熱ΔH
C．Cl—Cl鍵的鍵能為 kJ/mol
D．P—P鍵的鍵能為 kJ/mol
課堂檢測
C
3.已知：P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g)　 ΔH＝a kJ/mol，
P4(g)＋10Cl2(g)===4PCl5(g)　 ΔH＝b kJ/mol，
P4具有正四面體結構，PCl5中P—Cl鍵的鍵能為c kJ/mol，PCl3中P—Cl鍵的鍵能為1．2c kJ/mol。下列敘述正確的是(　　)
A．P—P鍵的鍵能大于P—Cl鍵的鍵能
B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反應熱ΔH
C．Cl—Cl鍵的鍵能為 kJ/mol
D．P—P鍵的鍵能為 kJ/mol
課堂總結
課堂總結
01
02
蓋斯定律
反應熱的計算
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