高考化學一輪復習 第21講 電化學基礎課件.ppt

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第21講 電化學基礎,[考綱導視],考點一,原電池 化學電源 【基礎梳理】,一、原電池,化學能,電能,1.概念：把________轉化為________的裝置。 2.構成條件。 (1)兩個________________電極。,(2)將兩個電極插入____________中。 (3)用導線連接電極形成____________。,閉合回路,(4)具有自發(fā)進行的________________。,活潑性不同的,電解質溶液,氧化還原反應,3.工作原理(以鋅銅原電池為例)。,Zn,Cu,氧化反應,還原反應,Zn－2e－===Zn2＋,Cu2＋＋2e－===Cu,二、化學電源,1.堿性鋅錳干電池——一次電池。,Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2,Pb＋ －2e－ ===,2.鉛蓄電池——二次電池。,PbO2＋Pb2H2SO4,PbSO4,3.氫氧燃料電池(堿性介質)。,能量利用率高、無污染、原料來源廣泛等,2H2＋4OH－－4e－===,4H2O,O2＋4e－＋2H2O===,4OH－,2H2＋O2===2H2O,【題組訓練】 [例 1]分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是,(,)。,①,②,③,④,C.③中 Fe 作負極，電極反應式為：Fe－2e－===Fe2＋,A.①②中 Mg 作負極，③④中 Fe 作負極 B.②中 Mg 作負極，電極反應式為：Mg－2e－===Mg2＋,D.④中 Cu 作正極，電極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：②中 Mg 不與NaOH 溶液反應，而 Al 能和NaOH 溶 液反應失去電子，故 Al 是負極；③中 Fe 在濃硝酸中鈍化，Cu 和濃 HNO3 反應失去電子作負極，A、B、C 錯。 答案：D,歸納總結,原電池正、負極判斷方法,說明：原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與 電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定勢。,[例 2](2014 年全國模擬題組合)銅鋅原電池工作時，下列敘,述正確的是(,)。,A.正極反應為：Zn－2e－===Zn2＋ B.電池反應為：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu C.在外電路中，電子從正極流向負極 D.電池反應進行時，鹽橋中的 K＋移向ZnSO4溶液,思路指導：正極發(fā)生還原反應，化合價降低；負極發(fā)生氧,化反應，化合價升高。,解析：根據(jù)題給原電池，鋅片為原電池的負極，電極反應,Cu2＋＋2e－===Cu，電池反應為：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu；在外,電路中，電子由負極經(jīng)導線流向正極，電流是由正極流向負極；,鋅片中的 Zn 失去電子生成 Zn2＋，帶正電荷的Zn2＋進入ZnSO4 溶液，為保持溶液電中性，鹽橋中的 Cl－移向ZnSO4溶液。所 以選項 B 正確，A、C、D 錯誤。,答案：B,為：Zn－2e－===Zn2＋，銅片為原電池的正極，電極反應為：,易錯警示,在原電池中，外電路由電子定向移動導電，電子總是從負 極流出，流入正極；內電路由離子的定向移動導電，陽離子向 正極移動，陰離子向負極移動。,原電池，負極材料是 Cu，電極反應式為：Cu－2e－===Cu2＋,[例 3]下列說法正確的是(,)。,A.用導線將金屬 A 和石墨棒連接后插入稀硫酸中，一段時 間后觀察到 A 極溶解，則說明 A 是正極。 B.向稀硫酸溶液中滴加少量硫酸銅溶液，會減慢鋅和硫酸 反應制取氫氣的速率。,D.甲 醇 燃 料 電 池 總 反 應 式 為：2CH3OH＋3O2＋4OH－,C.根據(jù)反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的,電子,解析：A 極溶解，則說明 A 的活潑性強，作負極，A 項錯 誤；向溶液中加少量硫酸銅溶液，形成銅-鋅原電池加快反應的 進行速率，B項錯誤；根據(jù)總反應式可知，每生成1 mol CH3OH 時，C 元素的化合價由＋4 降低到－2，轉移 6 mol 電子，D 項 錯誤。,答案：C,歸納總結,原電池原理的應用,(1)比較不同金屬的活動性強弱。,根據(jù)原電池原理可知，在原電池反應過程中，一般活動性 強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或碳棒)作正極。,(2)加快化學反應速率。,原電池可以加快化學反應速率。如鋅和稀硫酸反應制取氫 氣時，可向溶液中滴加少量硫酸銅，形成銅-鋅原電池，加快反 應的進行速率。,(3)設計制作化學電源。,設計原電池時要緊扣原電池的四個條件。具體方法是： ①首先將氧化還原反應拆成兩個半反應，即氧化反應和還,原反應。,②結合兩個半反應找出正負極材料及電解質溶液。 ③按要求畫出原電池裝置圖。,[例 4]把適合題意的圖象填在橫線上(填序號)。,A,B,C,D,(1)將等質量的兩份鋅粉 a、b 分別加入過量的稀硫酸，同 時向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，產(chǎn)生 H2 的體積 V(L)與時間 t(min)的關系是________。 (2)將過量的兩份鋅粉 a、b 分別加入定量的稀硫酸，同時向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，產(chǎn)生 H2 的體積 V(L)與時間 t(min) 的關系是________。,(3)將(1)中的 CuSO4 溶液改成 CH3COONa 溶液，其他條件,不變，則圖象是________。,解析：加入 CuSO4 溶液，Zn 置換出 Cu，形成原電池，加,中由于 H2SO4 定量，產(chǎn)生 H2 的體積一樣多；(3)當把 CuSO4 溶,圖象正確。,答案：(1)A (2)B (3)C,快反應速率。(1) a 中一部分 Zn 與 Cu2＋反應，H2 體積減??；(2),液改成CH3COONa溶液時，由于CH3COO－＋H＋===CH3COOH，,a中c(H＋)減少，反應速率減小，但生成H2的體積不變，所以C,考點二,電解池,【基礎梳理】,一、電解原理,電流,陰陽兩極,氧化還原反應,1.電解：使________通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在 __________引起________________的過程。,2.電解池。 (1)概念：把電能轉化為化學能的裝置。 (2)構成：直流電源、電極、電解質、閉合回路。 (3)電極名稱及電極反應式(如下圖)。,陽極,氧化,2Cl－－2e－===Cl2↑,陰極,還原,Cu2＋＋2e－===Cu,(4)電子和離子的移動方向。,3.兩極放電順序。,(1)若陽極為活潑金屬(金屬活動性順序表 Pt 之前金屬)，則 金屬失電子，電極被溶解；若是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則,OH－含氧酸根離子F－。,(2)在陰極，陽離子放電，順序與金屬活動性順序表相反：,Na＋Ca2＋K＋。,溶液中陰離子失電子，陰離子放電順序：S2－I－Br－Cl－,Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋(酸)Fe2＋Zn2＋H＋(水)Al3＋Mg2＋,方法技巧,①陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液 (或熔融電解質)中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順 序是：陽極：Cl－OH－；陰極：Ag＋Cu2＋H＋。③電解水溶液 時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方 法得到 K、Ca、Na、Mg、Al 等金屬。,二、電解原理的應用 1.電解飽和食鹽水。,氫氣,氯氣,燒堿,2Cl－－2e－===Cl2↑,2H＋＋2e－===H2↑,2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑,2.電鍍或電解精煉銅。,陰極,陽極,Cu－2e－===Cu2＋,Cu2＋＋2e－===Cu,3.冶煉金屬(以冶煉 Na 為例)。,鈉、鎂、鋁,2Cl－－2e－===Cl2↑,2Na＋＋2e－===2Na,2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑,【題組訓練】 [例 5](2014 年廣東高考)某同學組裝了如下圖所示的電化學,)。,裝置，電極Ⅰ為 Al，其他電極均為 Cu，則( A.電流方向：電極Ⅳ→電極Ⅰ B.電極Ⅰ發(fā)生還原反應 C.電極Ⅱ逐漸溶解 D.電極Ⅲ的電極反應：Cu2＋＋2e－===Cu,思路指導：無明顯外接電源的電解池的串聯(lián)問題，主要是 根據(jù)原電池的形成條件判斷電源的正負極，從而判斷電解池的 陰陽極。,解析：由題意可知，該裝置的Ⅰ、Ⅱ是原電池的兩極，Ⅰ 是負極，Ⅱ是正極，Ⅲ、Ⅳ電解池的兩極，其中Ⅲ是陽極，Ⅳ 是陰極，所以電流方向：電極Ⅳ→電極Ⅰ，A 項正確；電極Ⅰ 是原電池的負極，發(fā)生氧化反應，B 項錯誤；電極Ⅱ是原電池 的正極，發(fā)生還原反應，有Cu 析出，C 項錯誤；電極Ⅲ是陽極，,答案：A,發(fā)生氧化反應，電極反應是Cu－2e－===Cu2＋，D項錯誤。,[例 6]按要求書寫電極反應式和總方程式。 (1)用惰性電極電解 CuSO4 溶液。,陽極反應式：______________________________________； 陰極反應式：______________________________________； 總反應離子方程式：________________________________。 (2)用鐵作電極電解 NaCl 溶液。,陽極反應式：______________________________________； 陰極反應式：______________________________________； 總化學方程式：____________________________________。,(2) Fe－2e－===Fe2＋,答案：(1) 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2Cu2＋＋4e－===2Cu,2CuSO4＋2H2O,Cu＋O2↑＋2H2SO4,Fe＋2H2O,Fe(OH)2↓＋H2↑,2H＋＋2e－===H2↑,解題模型,電解電極反應式的書寫,(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑,電極。,(2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩,(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序。,(4)分析電極反應，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應式，要注,意遵循原子守恒和電荷守恒。,(5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式。,組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。,[例 7](1)在 298 K 時，1 mol CH4 在氧氣中完全燃燒生成二 氧化碳和液態(tài)水，放出熱量 890.0 kJ。寫出該反應的熱化學方程 式：____________________________。現(xiàn)有 CH4 和 CO 的混合 氣體 0.75 mol，完全燃燒后，生成 CO2 氣體和 18 g 液態(tài)水，并 放出 515 kJ 熱量，則 CH4 和 CO 的物質的量分別為________、 ______mol。,(2)利用該反應設計一個燃料電池：用氫氧化鉀溶液作電解 質溶液，多孔石墨作電極，在電極上分別通入甲烷和氧氣。通 入甲烷氣體的電極應為______極(填“正”或“負”)，該電極 上發(fā)生的電極反應是______(填字母代號)。,(2)在右圖所示實驗裝置中，石墨棒上 的電極反應式為：____________________,______；如果起始時盛有 1000 mL pH＝5 的硫酸銅溶液(25 ℃，CuSO4 足量)，一段 時間后溶液的 pH 變?yōu)?1，此時可觀察到的,,現(xiàn)象是__________________________________；若要使溶液恢 復到起始濃度(溫度不變，忽略溶液體積的變化)，可向溶液中 加入______(填物質名稱)，其質量約為______。 解析：(1)1 mol C2H6 在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液 態(tài)水，放出熱量1 558.3 kJ，根據(jù)書寫熱化學方程式的要求寫出,熱化學方程式即可。18 g 液態(tài)水的物質的量＝,18 g 18 gmol－1,＝,1 mol2 4,＝0.5 mol，故,1 mol，根據(jù) H 原子守恒可知 n(CH4)＝ n(CO)＝0.75 mol－0.5 mol＝0.25 mol。,,(2)用氫氧化鉀溶液作電解質溶液，多孔石墨作電極，在電 極上分別充入甲烷和氧氣，甲烷在負極發(fā)生氧化反應，氧氣在 正極發(fā)生還原反應，在強堿溶液中負極的電極反應式為：CH4 (3)由裝置中的電子流向判斷石墨為陽極，鐵為陰極，電解,質溶液中的氫氧根離子在陽極放電，電極反應式為 2H2O－4e－,盛有 1000 mL pH＝5 的硫酸銅溶液(25 ℃)(CuSO4 足量)，一段時 間后溶液的 pH 變?yōu)?1，根據(jù) pH 的變化可知 c(H＋)近似增加了,－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。,===4H＋＋O2↑；陰極電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu。起始時,式2CuSO4＋2H2O,2Cu＋2H2SO4＋O2↑可知，該過程中溶液,損失了 0.05 mol Cu 和0.025 mol O2，若要使溶液恢復到起始濃 度(忽略溶液體積的變化)，這需要加入0.05 mol Cu 和0.05 mol O， 即 0.05 mol 氧化銅或碳酸銅等，需要氧化銅的質量＝,10－1－10－5＝0.1 molL－1，即生成的硫酸為0.05 mol。結合方程,0.05 mol80 gmol－1＝4 g；需要碳酸銅的質量＝0.05 mol,124 gmol－1＝6.2 g。,4H+),答案：(1) CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l),石墨電極表面有氣泡產(chǎn)生，鐵電極上附著一層紅色物質，,溶液顏色變淺,氧化銅(或碳酸銅),4 g(或 6.2 g),ΔH＝－890.0 kJmol－1 0.5 0.25 (2)負 b,(3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋,規(guī)律總結,電解質溶液的復原應遵循“從溶液中析出什么補什么”的 原則，即從溶液中析出哪種元素的原子，則應按比例補入哪些 原子。,[例 8]空間實驗室“天宮一號”的供電系統(tǒng)中有再生氫氧 燃料電池(RFC), RFC 是一種將水電解技術與氫氧燃料電池技術 相結合的可充電電池。下圖為 RFC 工作原理示意圖，有關說法,正確的是(,)。,A.當有0.1 mol電子轉移時，a極產(chǎn)生1.12 L O2(標準狀況下) B.b極上發(fā)生的電極反應是：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ C.c極上發(fā)生的電極反應是：O2＋4H＋＋4e－===2H2O D.d極上進行還原反應，B中的H＋可以通過隔膜進入A池,答案：C,解析：由裝置圖分析可知，左邊裝置為電解池，右邊裝置為燃料電池。電解池中，由電源判斷a為陰極，發(fā)生還原反應：4H＋＋4e－===2H2↑，a極轉移0.1 mol電子時，產(chǎn)生0.05 mol H2，在標準狀況下其體積為1.12 L，A項錯誤；b為陽極，發(fā)生氧化反應：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B項錯誤；燃料電池(原電池)中，電解質溶液是酸性溶液，c電極通入氧氣，該電極為正極，得到電子，發(fā)生還原反應：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C項正確；d電極通入氫氣，為負極，失電子，發(fā)生氧化反應：2H2－4e－===4H＋，D項錯誤。,考點三,金屬的電化學腐蝕與防護 【基礎梳理】,1.金屬的腐蝕。,氧化還原,金屬被氧化,金屬與周圍的氣體或液體物質發(fā)生__________反應而引起 損耗的現(xiàn)象。金屬腐蝕的本質：____________。 (1)化學腐蝕：金屬與接觸的物質直接發(fā)生__________而引,起的腐蝕。,化學反應,原電池,(2)電化學腐蝕：不純的金屬跟電解質溶液接觸發(fā)生______,反應，較活潑的金屬被氧化的腐蝕。,同時,電化學,(3)兩種腐蝕往往________發(fā)生，但________腐蝕更普遍， 速度快，危害更重。,2.電化學腐蝕的分類(以鐵的腐蝕為例)。,Fe－2e－===Fe2＋,2Fe－4e－===2Fe2＋,O2＋4e－＋2H2O===4OH－,呈中性或弱酸性,2H＋＋2e－===H2↑,呈酸性,吸氧,Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑,2Fe＋O2＋2H2O===,2Fe(OH)2,3.金屬的防護方法。 (1)加防護層，如__________________________________,______________。,等(合理即可),(2)改變___________________________，如將普通鋼制成,不銹鋼。,金屬的內部結構,(3)電化學保護法。 ①犧牲負極的正極保護法——利用______原理，______極 被保護。如在被保護的鋼鐵設備上裝上若干較活潑的金屬如鋅，,讓被保護的金屬作原電池的正極。,原電池,②外加電流的陰極保護法——利用______原理，______極 被保護。如用被保護的鋼鐵設備作陰極，惰性電極作陽極，外,接直流電源。,電解池,涂油漆、覆蓋陶瓷、電鍍、金屬鈍化,正,陰,下列有關描述錯誤的是( )。,【題組訓練】 [例 9]如右下圖裝置中，U 型管內為紅墨水，a、b 試管內分 別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時間。,A.生鐵塊中的碳是原電池的正極 B.紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋?C.兩試管中相同的電極反應式是：Fe－2e－===Fe2＋ D.a 試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b 試管中發(fā)生了析氫腐蝕,解析：a 試管中食鹽水為中性，發(fā)生了吸氧腐蝕，壓強減 ?。籦 試管中氯化銨溶液為酸性，發(fā)生了析氫腐蝕，壓強增大， 所以紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟾哂业汀?答案：B,[例 10]下列金屬防腐的措施中，使用外加電流的陰極保護,法的是(,)。,A.水中的鋼閘門連接電源的負極 B.金屬護欄表面涂漆 C.汽水底盤噴涂高分子膜 D.地下鋼管連接鎂塊,解析：水中的鋼閘門連接電源負極作陰極，得電子被保護， 所以屬于使用外加電流的陰極保護法，故 A 正確；對健身器材 涂油漆使金屬和空氣、水等物質隔離而防止生銹，沒有連接外 加電源，故 B 錯誤；汽車底盤噴涂高分子膜阻止了鐵與空氣、 水的接觸，從而防止金屬鐵防銹，沒有連接外加電源，故 C 錯 誤；鎂的活潑性大于鐵，用犧牲鎂塊的方法來保護船身而防止 鐵被腐蝕，屬于犧牲陽極的陰極保護法，故 D 錯誤。,答案：A,[例 11]對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。,(1)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極 的原因是______________________________________________ _____________________________________________________。 (2)利用上圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。若 X 為碳棒， 為減緩鐵的腐蝕，開關 K 應置于______處。若 X 為鋅，開關 K 置于 M 處，該電化學防護法稱為____________________。,解析：(1)電鍍時若用石墨作陽極，則電解過程中電解液中 Cu2＋濃度不斷減小，導致鐵表面不能鍍上均勻的銅。(2)若 X 為 碳棒，則只能用外加電源的陰極保護法，此時開關 K 應置于 N 處。若 X 為 Zn，K 置于 M 處，其保護原理稱為犧牲負極的正 極保護法。,定,(2)N 犧牲負極的正極保護法,答案：(1)補充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋濃度恒,思維模型,鹽橋原電池專題突破,1.鹽橋的組成和作用。 (1)鹽橋中裝有飽和的 KCl、KNO3 等溶液和瓊脂制成的膠 凍。 (2)鹽橋的作用：①連接內電路，形成閉合回路；②平衡電 荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。,2.單池原電池和鹽橋原電池的對比。,負極(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋ 正極(Cu)：Cu2＋＋2e－===Cu 總反應：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋,(續(xù)表),[典例1]根據(jù)氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋ (aq),＋2Ag(s)設計的原電池如下圖所示，其中鹽橋內裝瓊脂-飽和 KNO3 溶液。,請回答下列問題：,(1)電極 X 的材料是______；電解質溶液 Y 是_______。,2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋,(2)銀電極為電池的______極，寫出兩電極的電極反應式： 銀電極：__________________________________________； X 電極：__________________________________________。 (3)外電路中的電子是從______電極流向________電極。 (4)鹽橋中向 CuSO4 溶液中遷移的離子是_______(填序號)。,(5)其中 CuSO4 溶液能否被稀硫酸溶液代替？________(填 “能”或“否”，下同)；Ag 電極能否被石墨代替？________。 答案：(1)Cu AgNO3 溶液,(2)正,(3)Cu,Ag,(4)B (5)能,能,[應用 1](2013 年廣東高考節(jié)選)能量之間可以相互轉化：電 解食鹽水制備 Cl2 是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學 能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。 限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵,片，鋅片和導線。,(1)完成原電池的裝置示意圖(見下圖)，并作相應標注。 要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。,(2)以銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質溶液，只在一 個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極 ________。,(3)甲、乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉化為電能的 是______，其原因是____________________________________ _____________________________________________________。,答案：(1)裝置圖如下：,或,或,(2)電極逐漸溶解，電極上有紅色物質析出,(3)甲,可以避免活潑金屬和 CuSO4 接觸發(fā)生置換反應，,從而提供穩(wěn)定電流,易錯警示,電化學裝置圖常見失分點,(1)不注明電極材料名稱或元素符號。 (2)不畫出電解質溶液(或畫出但不標注)。 (3)誤把鹽橋畫成導線。 (4)不能連成閉合回路。,思維模型,原電池電極反應式的書寫,1.“加減法”書寫電極反應式。 (1)先確定原電池的正負極，列出正負極上的反應物質，并 標出電子的得失。 (2)注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子 是否共存。若不共存，則該電解質溶液中的陰離子應寫入負極 反應式。 (3)在電子守恒的基礎上正負極反應式相加得到電池反應 的總反應式。若已知電池反應的總反應式，可先寫出較易書寫 的一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減 去較易寫出的一極的電極反應式，即得到較難寫出的另一極的 電極反應式。,[典例 2]Li-SOCl2 電池可用于心臟起搏器。該電池的電極 材料分別為鋰和碳，電解液是 LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應可 表示為：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。 請回答下列問題： (1) 電池的負極材料為__________ ，發(fā)生的電極反應為： __________________________。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應為：______________________ ______________________。,2.燃料電池電極反應式的書寫。 第一步：寫出電池總反應式。,燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產(chǎn)物能和電,解質反應則總反應為加合后的反應。,例如：氫氧燃料電池的總反應式為：2H2＋O2===2H2O； 甲烷燃料電池(電解質溶液為 NaOH 溶液)的反應式為： CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①,CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②,①式＋②式得燃料電池總反應式為：CH4＋2O2＋2NaOH,===Na2CO3＋3H2O。,第二步：寫出電池的正極反應式。,根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質 都是 O2，隨著電解質溶液的不同，其電極反應有所不同，因此， 我們只要熟記以下四種情況：,(1)酸性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：,(2)堿性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：,O2＋4H＋＋4e－===2H2O。,O2＋2H2O＋4e－===4OH－,(3)固體電解質(高溫下能傳導 O2 ) 環(huán)境下電極反應式：,(4)熔融碳酸鹽(如熔融 K2CO3) 環(huán)境下電極反應式：,第三步：根據(jù)電池總反應式和正極反應式寫出電池的負極,反應式。,根據(jù)第一、二步寫出的反應，可得：電池的總反應式－電 池正極反應式＝電池負極反應式，注意在將兩個反應式相減時， 要約去正極的反應物 O2。,O2＋4e－===2O2－。,O2＋2CO2＋4e－===2CO。,[典例 3]以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極,反應式的書寫方法：,(1)酸性條件。,燃料電池總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ① 燃料電池正極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O ②,①－②2，得燃料電池負極反應式：_________________,_______________________。,燃料電池正極反應式：O2＋4e－===2O2－,(2)堿性條件。 燃料電池總反應式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋,3H2O,①,燃料電池正極反應式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－,②,①－②2，得燃料電池負極反應式：_________________ ______________________。 (3)固體電解質(高溫下能傳導 O2－)。 燃料電池總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①,②,①－②2，得燃料電池負極反應式：__________________ ________________________。,反應式：O2＋2CO2＋4e－===,(4)熔融碳酸鹽(如熔融 K2CO3)環(huán)境下。,電池總反應式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O,①。正極電極,②。①－②2 得負極電,極反應式：_________________________________。,答案：(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ (2)CH4＋10OH－－8e－===CO32-＋7H2O (3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (4)CH4＋4CO32-－8e－===5CO2＋2H2O,[應用 2](1)根據(jù)氧化還原反應：2H2＋O2===2H2O，設計 成燃料電池，負極通的氣體應是________，正極通的氣體應是 ________。,(2)根據(jù)選擇電解質溶液的不同，填寫下表：,(3)若把 H2 改為 CH4，KOH 作電解質，則正極反應式為：,________________________。,解析：(1)氫、氧燃料電池中通可燃性氣體(H2)的一極為負,極，通 O2 的一極為正極。,(2)若以 H2SO4 作電解質溶液，其電極反應式為： 負極：2H2－4e－===4H＋；,正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。,反應過程中生成水，溶液中c(H＋)減小，pH 增大，若以KOH,溶液作電解質溶液，其電極反應式為：,負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。,反應過程中生成水，溶液中 c(OH－)減小，pH 減小。 (3)若把 H2 改為 CH4，KOH 作電解質溶液時其正極反應式,不變。,答案：(1)H2 O2,(2),(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－,