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近几年高考对化学电源的考查越发频繁,题目较新,重点考查各种燃料电池,此处对于学生来说,既是重点又是难点.鉴于此,本人将燃料电池电极反应式的书写方法及规律总结如下,希望能对正在进行高三总复习的师生予以帮助.
一、燃料电池电极反应式书写的关键
1. 需要考虑环境因素 (电解质溶液的酸碱性)
2. 要严格按照题意书写,要灵活变通.
3.正负极反应式加和就是总反应式,已知任意两个式子必能写出第三个式子.
二、典型的燃料电池电极反应式的书写方法及规律
例1氢氧燃料电池在酸性条件下的电极反应式的书写:
负极:2H2-4e-=4H
正极:O2 4H 4e-=2H2O
总反应:2H2 O2=2H2O
若碱性条件:
负极:2H2-4e- 4OH-=4H2O
正极:O2 2H2O 4e-=4OH-
总反应:2H2 O2=2H2O
我们发现,虽然电解质溶液的酸碱性不同,但总反应是相同的.可见氢氧燃料电池工作一段时间后,电解质溶液都相当于被稀释,酸碱性都减弱.
例2微生物燃料电池是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图.
关于该电池的叙述正确的是().
A.电池介质可能为强碱性溶液
B.电池的负极反应为:C6H12O6 6H2O-24e=6CO2↑ 24H
C.电池工作时,H 从正极区通过质子交换膜向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,就生成22.4L的CO2气体
解析:由已知是微生物燃料电池,燃料是葡萄糖,可知负极是葡萄糖失去电子,由图中质子交换膜(只允许H 通过)可知,该电解质应为酸性(含H ),则负极反应式:C6H12O6 6H2O-24e=6CO2↑ 24H ,正极反应式:6O2 24H 24e-=12H2O,总反应:C6H12O6 6O2=6CO2↑ 12H2O.微生物属于蛋白质,遇到强酸或强碱会变性,失去生理活性,所以A错,B对;H 应向正极移动,则C错,D中没指明标准状况,D错.答案为B .
例3熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,可制得在650℃下工作的燃料电池.已知该电池总反应为:2CO O2=2CO2.则下列说法中正确的是().
A.通CO的一极是电池的正极
B.正极反应式为:2CO 2CO2-3=4CO2 4e-
C.负极反应式为:O2 2CO2 4e-=2CO2-3
D.该电池工作过程中需不断补充CO和O2,CO2可循环利用
解析:由已知可得:通CO的一极为负极,通O2的一极为正极,所以A错.由以熔融盐为电解质,则负极反应式为2CO 2CO2-3-4e-=4CO2,正极反应式为O2 2CO2 4e-=2CO2-3,可知A、B、C错,D对.答案为D.
例4可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极.下列说法正确的是().
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:O2 2H2O 4e-=4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al 3OH--3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
解析:铝做负极,电解质是碱性的,则负极反应式为Al 4OH--3e-=AlO-2 2H2O.正极反应式为O2 2H2O 4e-=4OH- ,总反应4Al 3O2 4NaOH=4NaAlO2 2H2O.所以电池工作一段时间后电解液的pH减小.电子通过外电路从负极流向正极.答案为A.
一、燃料电池电极反应式书写的关键
1. 需要考虑环境因素 (电解质溶液的酸碱性)
2. 要严格按照题意书写,要灵活变通.
3.正负极反应式加和就是总反应式,已知任意两个式子必能写出第三个式子.
二、典型的燃料电池电极反应式的书写方法及规律
例1氢氧燃料电池在酸性条件下的电极反应式的书写:
负极:2H2-4e-=4H
正极:O2 4H 4e-=2H2O
总反应:2H2 O2=2H2O
若碱性条件:
负极:2H2-4e- 4OH-=4H2O
正极:O2 2H2O 4e-=4OH-
总反应:2H2 O2=2H2O
我们发现,虽然电解质溶液的酸碱性不同,但总反应是相同的.可见氢氧燃料电池工作一段时间后,电解质溶液都相当于被稀释,酸碱性都减弱.
例2微生物燃料电池是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图.
关于该电池的叙述正确的是().
A.电池介质可能为强碱性溶液
B.电池的负极反应为:C6H12O6 6H2O-24e=6CO2↑ 24H
C.电池工作时,H 从正极区通过质子交换膜向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1mol氧气,就生成22.4L的CO2气体
解析:由已知是微生物燃料电池,燃料是葡萄糖,可知负极是葡萄糖失去电子,由图中质子交换膜(只允许H 通过)可知,该电解质应为酸性(含H ),则负极反应式:C6H12O6 6H2O-24e=6CO2↑ 24H ,正极反应式:6O2 24H 24e-=12H2O,总反应:C6H12O6 6O2=6CO2↑ 12H2O.微生物属于蛋白质,遇到强酸或强碱会变性,失去生理活性,所以A错,B对;H 应向正极移动,则C错,D中没指明标准状况,D错.答案为B .
例3熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,可制得在650℃下工作的燃料电池.已知该电池总反应为:2CO O2=2CO2.则下列说法中正确的是().
A.通CO的一极是电池的正极
B.正极反应式为:2CO 2CO2-3=4CO2 4e-
C.负极反应式为:O2 2CO2 4e-=2CO2-3
D.该电池工作过程中需不断补充CO和O2,CO2可循环利用
解析:由已知可得:通CO的一极为负极,通O2的一极为正极,所以A错.由以熔融盐为电解质,则负极反应式为2CO 2CO2-3-4e-=4CO2,正极反应式为O2 2CO2 4e-=2CO2-3,可知A、B、C错,D对.答案为D.
例4可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极.下列说法正确的是().
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:O2 2H2O 4e-=4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al 3OH--3e-=Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
解析:铝做负极,电解质是碱性的,则负极反应式为Al 4OH--3e-=AlO-2 2H2O.正极反应式为O2 2H2O 4e-=4OH- ,总反应4Al 3O2 4NaOH=4NaAlO2 2H2O.所以电池工作一段时间后电解液的pH减小.电子通过外电路从负极流向正极.答案为A.