课时 4.3 燃料电池及其它新型电池电极反应式的书写 一、电极反应遵循的三个守恒 观察铅蓄电池的正、负极电极反应 负极反应 Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极反应 PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 规律 2PbSO4(s)＋2H2O(l) 任何一个电极反应等号左、右两边一定遵循：得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒 1、得失电子守恒 − − (1) 失电子⃗ — ne 电荷数+n ， 得电子⃗ +me 电 荷 数—m (2)元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子 (3)元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子 2、电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等 3、原子守恒(质量守恒)：电极反应左、右两边同种原子的原子个数一定相等 二、电极反应的书写方法 1、直观法：针对比较简单的原电池可以采取直观法，先确定原电池的正、负极，列出正、负极上反应的物 质，并标出相同数目电子的得失 【微点拨】注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的 阴离子应写入负极反应式中 【对点训练 1】 装置图 总反应 Zn——Cu (稀硫酸) 负极反应 正极反应 总反应 Al——Mg (稀盐酸) 负极反应 正极反应 总反应 Cu——Ag (硝酸银溶 液) 负极反应 正极反应 总反应 Fe——Cu (FeCl3 溶液) 负极反应 正极反应 2、用差值法写电极反应方程式：正、负极反应相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池的 总反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式 复杂电极反应式===总反应式—简单的电极反应式 【对点训练 2】 装置图 总反应 Al——Cu (稀硝酸) 负极反应 正极反应 总反应 Al——Cu (浓硝酸) 负极反应 正极反应 总反应 Al——Mg (NaOH 溶液) 负极反应 正极反应 总反应 铅蓄电池 负极反应 正极反应 3、“三步法”书写电极反应——按顺序书写 以“甲醇——氧气——KOH 溶液”为例 失电子⃗ — ne − 电荷数+n ， 得电子⃗ +me − 电 荷 数—m 第一步：得 负极的甲醇在碱性环境中变成 CO 32－ 失去 6 个电子，写成－6e－；正极的 O2 到底是变 失电子守恒 成了 OH－还是 H2O，一定是得到 4 个电子，写成＋4e－，此步称之为得、失电子守恒 负极反应：CH3OH—6e－— CO32－； 正极反应：O2＋4e－— 此时负极反应左边的电荷数为＋6，右边的电荷数为－2，电荷显然不守恒，为了使左、 第二步：电 荷守恒 右两边电荷守恒必需在左边配 8 个 OH－；正极反应的左边电荷数为－4，右边的电荷 数为 0，为了使左、右两边电荷守恒必需在右边配 4 个 OH－，此步称之为电荷守恒 负极反应：CH3OH—6e—＋8OH－—CO32－； 正极反应：O2＋4e－—4OH－ 第三步：原 子守恒 观察负极反应左、右两边的原子个数， C 守恒，H、O 不守恒，需在右边配 6 个 H2O；而正极反应 H、O 不守恒，需在左边配 2 个 H2O，此步称之为原子守恒 负极反应：CH3OH—6e－＋8OH－＋6H2O===CO32－； 正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 【微点拨】 ① 该法书写电极是各写各的电极，因此正负极电子数可能不相等，所以最后再用最小公倍数写出总方程 式 ② 若为酸性介质，先补 H+，另一边补 H2O；若为碱性介质，先补 OH—，另一边补 H2O ③有机物中化合价处理方法：“氧－2，氢＋1，最后算碳化合价”，并且要注意溶液环境与产物之间的反应， 碱性环境下，C 元素最终产物应为 CO32－ ④水溶液中不能出现 O2－；碱性溶液反应物、生成物中均无 H+；酸性溶液反应物、生成物中均无 OH－，中性溶液反应物中无 H+ 和 OH－ 燃料电池的构成 燃料电池装置示意图 燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应， 将化学能直接转化为电能的装置。燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、 丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体。电解质通常有四种情 况： ①稀硫酸 ②KOH 溶液 ③Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是 CO32－ ④固体电解质是掺杂了 Y2O3 的 ZrO2 固体，高温下能传导 O2－离子 【对点训练 3】 1、氢、氧燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 2、甲烷(CH4)燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 总反应 熔融碳酸盐燃料 电池 CO 负极反应 正极反应 固态氧化物燃料 电池 O2－ 总反应 负极反应 正极反应 3、甲醇(CH3OH)燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 总反应 熔融碳酸盐燃料电 池 CO 负极反应 正极反应 总反应 固态氧化物燃料电 池 O2－ 负极反应 正极反应 4、乙烷(C2H6)燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 总反应 熔融碳酸盐燃料电 池 CO 负极反应 正极反应 固态氧化物燃料电 池 O2－ 总反应 负极反应 正极反应 5、丙烷(C3H8)燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 总反应 熔融碳酸盐燃料电 池 CO 负极反应 正极反应 总反应 固态氧化物燃料电 池 O2－ 负极反应 正极反应 6、乙醇(C2H5OH)燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 总反应 熔融碳酸盐燃料电 池 CO 负极反应 正极反应 固态氧化物燃料电 池 O2－ 总反应 负极反应 正极反应 7、葡萄糖(C6H12O6)燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 总反应 熔融碳酸盐燃料电 池 CO 负极反应 正极反应 总反应 固态氧化物燃料电 池 O2－ 负极反应 正极反应 8、CO 燃料电池 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 总反应 熔融碳酸盐燃料电 池 CO 负极反应 正极反应 固态氧化物燃料电 池 O2－ 总反应 负极反应 正极反应 9、肼(H2N—NH2)燃料电池：肼分子可以在氧气中燃烧生成氮气和水 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 10、氨气燃料电池(生成无污染的气体) 电池类型 导电介质 反应式 总反应 酸性燃料电池 H＋ 负极反应 正极反应 总反应 碱性燃料电池 OH－ 负极反应 正极反应 四、其它新型电池电极反应式的书写 1、锂离子电池 锂离子电池通常都是锂做负极，平衡电荷的也是锂离子，因此可以先写出负极反应 书写技巧 (Li－e－===Li＋，至于带 x 或者 C6 可以稍加变形加进去即可：LixC6－xe－===xLi＋＋ C6)，正极用总反应减去总反应即可 常见锂离子电池电极反应的书写 总反应 钴酸锂电池 Li1－xCoO2＋LixC6 LiCoO2＋C6(x＜1) 负极反应 正极反应 总反应 磷酸铁锂电 池 FePO4＋Li LiFePO4 负极反应 正极反应 锰酸锂电池 总反应 负极反应 LixC6＋ Li3-xNiCoMnO6 C6＋ Li3NiCoMnO6 正极反应 总反应 锂钒氧化物 电池 xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8 负极反应 正极反应 总反应 锂－铜 电池 2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－ 负极反应 正极反应 2、高铁电池 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总 反应为 3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，则负极反应式为________________________________， 正极反应式为_________________________________________ (2)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强 3、镍氢电池 用吸收 H2 后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用 MH 表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH 溶液作为电 解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)＋MH===Ni(OH)2＋M 电池放电时，负极的电极反应式为_________________________，正极反应式为__________________________ _ 4、微生物燃料电池 微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示 。 (1)该微生物燃料电池，负极为_____(填“a”或“b”)，当电路中有 0.5 mol 电子发生转移，则有____ mol 的 H＋通过 质子交换膜 (2)该电池正极反应式为：___________________________________________________ 负极反应式为：_________________________________________________________ 【课后作业】 1、有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一