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时间:2020-03-14
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1、高中化学解题方法归纳难点23燃料电池燃料电池两电极都不参加反应,反应的是通到电极上的燃料和氧气,电极反应式的书写有难度。●难点磁场请试做下列题目,然后自我界定学习本篇是否需要。熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:负极反应式:2CO+2CO4CO2+4e-正极反应式:。总电池反应式:。●案例探究[例题]某原电池中盛有KOH浓溶液,若分别向________(填“正”或“负”,下同)极通入可燃性气体,向______
2、__极通入O2,则电路中就有电流通过,试完成下列问题:可燃性气体正极反应负极反应电池总反应pH变化(1)H2(2)H2S(3)CO(4)CH4(5)C2H4(6)C2H2命题意图:考查学生书写燃料电池电极反应的能力。知识依托:原电池原理和氧化还原反应原理。错解分析:忽视电解质溶液是KOH溶液,误以为负极能放出酸性气体。解题思路:燃料电池中,负极通入的气体具有可燃性,在反应中失去电子,被氧化到较高价态:氢元素将被氧化到最高价:+1价,在碱性溶液中产物不是H+,而是H2O——H+与OH-结合的产物。H2S中硫元素,含碳物质中的碳元素将被氧化到+4价,而+4价的硫(或+4价的碳)
3、又不能单独存在,在其常见形式SO2和SO(或CO2和CO)中,因周围环境显碱性生成酸性氧化物是不可能的,产物应为SO(或CO),O2-由谁来提供?显然是OH-,提供O2-后裸离的H+怎么办?与别的OH-结合生成H2O。若燃料中含有+1价的氢元素,则它反应前后的价态不变(都是+1价),氢元素反应前在含碳燃料中,反应后在生成物水中。负极电极反应式可根据电荷守恒而配平。燃料电池中,正极通入的O2得电子被还原,成为O2-。O2-4e-====2O2-O2-被H2O分子俘获变为OH-:H2O+O2-====2OH-将正、负两极电极反应式叠加,可得电池总反应。根据电池总反应可判定电解质
4、溶液pH的变化。答案:正极反应负极反应电池总反应pH变化(1)O2+4e-+2H2O====4OH-H2-2e-+2OH-====2H2O2H2+O2====2H2O变小(2)H2S-6e-+8OH-====SO+5H2O2H2S+3O2+4OH-====2SO+4H2O变小(3)CO-2e-+4OH-====CO+2H2O2CO+O2+4OH-====2CO+2H2O变小(4)CH4-8e-+10OH-====CO+7H2OCH4+2O2+2OH-====CO+3H2O变小(5)C2H4-12e-+16OH-====2CO+10H2OC2H4+3O2+4OH-=====2
5、CO+4H2O变小(6)C2H2-10e-+14OH-====2CO+8H2O2C2H2+5O2+8OH-====4CO+6H2O变小●锦囊妙计燃料电池的负极反应,一般较难写出,而正极反应和电池总反应却较易写出。用电池总反应减去正极反应可得负极反应,这是写负极反应式的一种巧妙方法。●歼灭难点训练1.(★★★)将例题中的惰性电极改为Al电极和Mg电极,并停止通气体,则:(1)正极反应为:;(2)负极反应为:;(3)电极总反应式为:________;电解质溶液的pH变化为:________(填“增大”“不变”或“变小”)。2.(★★★★)将例题中的“KOH(aq)”改为:稀H2
6、SO4,其他同例题,试回答前(4)问。3.(★★★★)将Al、Fe两电极分别插入盛有稀HNO3的电解质溶液中组成原电池,试回答1题中三个问题。4.(★★★★★)将Al、Cu两电极分别插入盛有18.4mol·L-1的H2SO4(aq)中组成原电池,试回答1中三问。附:参考答案难点磁场提示:原电池中,正极上富余电子,通入正极上的O2得到电子:O2+4e-====2O2-O2-半径很小,在熔盐中不能单独存在,被CO2分子俘获:CO2+O2-====CO将正、负两极上的电极反应式叠加,可得总反应方程式。答案:O2+2CO2+4e-====2CO2CO+O2====2CO2歼灭难点训
7、练1.提示:碱性溶液中,Al比Mg活泼,负极上Al失去电子。正极上H2O得电子,逸出H2,生成OH-。答案:(1)6H2O+6e-====6OH-+3H2↑(或6H++6e-====3H2↑)(2)2Al-6e-+8OH-====2AlO+4H2O(3)2Al+2OH-+2H2O====2AlO+3H2↑变小2.提示:负极上,H2、H2S、CO、CH4失电子,分别生成H+、H+和SO2、CO2、H+和CO2,产物中O原子由H2O提供。正极上,O2得电子变为O2-,O2-与H+结合生成H2O。如果有水生成,溶液的浓度
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