燃料電池電極反應(yīng)式書寫方法與學(xué)習(xí)方法
燃料電池電極反應(yīng)式書寫方法與學(xué)習(xí)方法
燃料電池是現(xiàn)代社會(huì)中具有廣闊發(fā)展前景的新能源，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、潔凈無(wú)污染等特點(diǎn)，因此，燃料電池電極反應(yīng)式的書寫成了各省、市高考的熱點(diǎn)。小編在此整理了相關(guān)資料，希望能幫助到大家。
燃料電池電極反應(yīng)式書寫方法
法一：常用方法
電極：惰性電極;燃料包含：H2;烴如：CH4;醇如：C2H5OH等。
電解質(zhì)包含：①酸性電解質(zhì)溶液如：H2SO4溶液;②堿性電解質(zhì)溶液如：NaOH溶液;③熔融氧化物如：Y2O3;④熔融碳酸鹽如：K2CO3等。 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
第一步：寫出電池總反應(yīng)式
燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
如氫氧燃料電池的總反應(yīng)為：2H2+O2=2H2O;甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的反應(yīng)為：
CH4+2O2=CO2+2H2O①
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②
?、偈?②式得燃料電池總反應(yīng)為：
CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
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第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實(shí)，我們只要熟記以下四種情況：
(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：
O2+4H++4e-=2H2O
(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：
O2+2H2O+4e-=4OH-
(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)環(huán)境下電極反應(yīng)式：
O2+4e-=O2-
(4)熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：
O2+2CO2+4e-=2CO32- 。
第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式寫出電池的負(fù)極反應(yīng)式
電池的總反應(yīng)和正、負(fù)極反應(yīng)之間有如下關(guān)系：電池的總反應(yīng)式=電池正極反應(yīng)式+電池負(fù)極反應(yīng)式
故根據(jù)第一、二步寫出的反應(yīng)，有：電池的總反應(yīng)式-電池正極反應(yīng)式=電池負(fù)極反應(yīng)式，注意在將兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)，要約去正極的反應(yīng)物O2。
以甲烷燃料電池為例來(lái)分析在不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書寫方法：
1、酸性條件
燃料電池總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O①
燃料電池正極反應(yīng)：O2+4H++4e-=2H2O②
?、?②×2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)：
CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
2、堿性條件
燃料電池總反應(yīng)：
CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O①
燃料電池正極反應(yīng)：
O2+2H2O+4e-=4OH-②
?、?②×2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)：
CH4+10OH--8e-=CO +7H2O
3、固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-) 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
燃料電池總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O①
燃料電池正極反應(yīng)：O2+4e-=2O2-②
?、?②×2，得燃料電池負(fù)極反應(yīng)：
CH4+O2--8e-=CO2+2H2O
4，熔融碳酸鹽(如：熔融K2CO3)環(huán)境下 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
電池總反應(yīng)：CH4+2O2=CO2+2H2O。
正極電極反應(yīng)式：O2+2CO2+4e-=2CO32- 。 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
電池總反應(yīng)-正極電極反應(yīng)式得負(fù)極反應(yīng)式：
CH4+4CO32- -8e-=5CO2+2H2O
法二：“碳?xì)錃w屬法”和“電荷守恒法”
碳?xì)錃w屬法
根據(jù)碳?xì)湓氐臍w屬配平反應(yīng)式：碳變成二氧化碳或是碳酸鹽，氫變成水或氫離子或是氫氧根，還要考慮產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。
如果有機(jī)燃料中還含有氧元素(如C2H5OH)，我們只需要這樣處理：把C2H5OH分子式寫成C2H4H2O，這樣我們就可以把C2H5OH看成是C2H4，但在最后的電極反應(yīng)式還需這樣修改，酸性條件反應(yīng)物中水少一分子，堿性條件生成物中水少一分子。
電荷守恒法
書寫電池的電極反應(yīng)式，其關(guān)鍵是要運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的基本原理分析出在負(fù)極和正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)及生成的產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，只要分析出負(fù)極和正極的反應(yīng)物和產(chǎn)物，再根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒，即可以寫出電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)的化學(xué)方程式。
燃料電池電極反應(yīng)式的書寫應(yīng)用舉例
1、電解質(zhì)為酸性電解質(zhì)溶液
例1、科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。
試回答下列問(wèn)題：
⑴這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是 。 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
⑵此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)是;負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)是 。
?、请娊庖褐械腍+離子向極移動(dòng);向外電路釋放電子的電極是 。
?、缺绕鹬苯尤紵剂袭a(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是 。
解析：因燃料電池電化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物與燃料燃燒的產(chǎn)物相同，又且其電解質(zhì)溶液為稀硫酸，所以該電池反應(yīng)方程式是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法1知，在稀硫酸中，其正極反應(yīng)式為：3O2+12H++12e-=6H2O，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式為：2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+。由原電池原理知負(fù)極失電子后經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到正極，所以正極上富集電子，根據(jù)電性關(guān)系知陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。故H+離子向正極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是負(fù)極。 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
答案：⑴2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
?、普龢O3O2+12H++12e-=6H2O;負(fù)極2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2↑+12H+
?、钦?負(fù) 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
?、葘?duì)空氣的污染較小
2、電解質(zhì)為堿性電解質(zhì)溶液 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
例2、甲烷燃料電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，下列關(guān)于甲烷燃料電池的說(shuō)法不正確的是( )
A、負(fù)極反應(yīng)式為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
B、正極反應(yīng)式為O2+2H2O +4e-=4OH- 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
C、隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變
D、甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大
解析：因甲烷燃料電池的電解質(zhì)為KOH溶液，生成的CO2還要與KOH反應(yīng)生成K2CO3，故該電池發(fā)生的反應(yīng)方程式是CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O。從總反應(yīng)式可以看出，要消耗OH-，故電解質(zhì)溶液的堿性減小，C錯(cuò)。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法2知，在KOH溶液中，其正極反應(yīng)式為：O2+2H2O +4e-=4OH-。通入甲烷的一極為負(fù)極，其電極反應(yīng)式可利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式為CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O。選項(xiàng)A、b均正確。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大的多，D項(xiàng)正確。故符合題意的是C。
3、電解質(zhì)為熔融碳酸鹽
例3、某燃料電池以熔融的K2CO3(其中不含O2-和HCO3-)為電解質(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。試回答下列問(wèn)題：
?、艑懗鲈撊剂想姵氐幕瘜W(xué)反應(yīng)方程式。 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
?、茖懗鲈撊剂想姵氐碾姌O反應(yīng)式。
?、菫榱耸乖撊剂想姵亻L(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此，必須在通入的空氣中加入一種物質(zhì)，加入的物質(zhì)是什么，它從哪里來(lái)? 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
解析：由于電解質(zhì)為熔融的K2CO3，且不含O2-和HCO3-，生成的CO2不會(huì)與CO32-反應(yīng)生成HCO3-的，故該燃料電池的總反應(yīng)式為： 2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法3知，在熔融碳酸鹽環(huán)境中，其正極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e-=2CO32-。通入丁烷的一極為負(fù)極，其電極反應(yīng)式可利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式求得，應(yīng)為2C4H10+26CO32--52e-=34CO2+10H2O。從上述電極反應(yīng)式可看出，要使該電池的電解質(zhì)組成保持穩(wěn)定，在通入的空氣中應(yīng)加入CO2，它從負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物中來(lái)。
答案：⑴2C4H10+13O2=8CO2+10H2O 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
?、普龢O：O2+2CO2+4e-=2CO32-，負(fù)極：2C4H10+26CO32--52e-=34CO2+10H2O 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
?、荂O2從負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物中來(lái)
4、電解質(zhì)為固體氧化物
例4、一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體;電解質(zhì)是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2-。下列對(duì)該燃料電池說(shuō)法正確的是( ) 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
A. 在熔融電解質(zhì)中，O2-由負(fù)極移向正極
B. 電池的總反應(yīng)是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O
C. 通入空氣的一極是正極，電極反應(yīng)為：O2+4e-=O2- 本文來(lái)自化學(xué)自習(xí)室!
D. 通入丁烷的一極是正極，電極反應(yīng)為：C4H10+26e-+1O2-=4CO2+5H2O
解析：本題以丁烷燃料電池為載體綜合考查了原電池原理涉及的有關(guān)“電子流向、電極反應(yīng)式、總反應(yīng)式”等內(nèi)容，因正極上富集電子，根據(jù)電性關(guān)系，O2-不可能移向正極，a錯(cuò)。由丁烷的燃燒反應(yīng)及電解質(zhì)的特性知該電池的總反應(yīng)式為2C4H10+13O2® 8CO2+10H2O，b正確。按上述燃料電池正極反應(yīng)式的書寫方法5知，在熔融狀態(tài)下允許O2-在其間通過(guò)，故其正極反應(yīng)式為O2+4e-=O2-，C正確。通入丁烷的一極應(yīng)為負(fù)極，D錯(cuò)。故符合題意的是B、C。
高中化學(xué)學(xué)習(xí)方法
提示1：形成網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化內(nèi)存
提示二：突出重點(diǎn)，集中記憶。
技能3：分析和比較，理解記憶
技術(shù)4：圖像隱喻，記憶增強(qiáng)
技巧5：押韻，靈活記憶
技巧6：前后聯(lián)想，鞏固記憶
“化學(xué)是一門記憶加實(shí)驗(yàn)的科學(xué)”，它可能不符合某些學(xué)生的思維習(xí)慣。尤其是當(dāng)我們的許多同學(xué)在初中仍然能夠?qū)W習(xí)化學(xué)的時(shí)候，他們覺得他們沒有花很多時(shí)間去記憶。事實(shí)上，情況并非如此。武斷地說(shuō)，擅長(zhǎng)化學(xué)的學(xué)生主要是因?yàn)樗麄冋莆樟嘶瘜W(xué)的記憶方法，能夠高效、方便地記憶化學(xué)知識(shí)。
高級(jí)化學(xué),尤其是第一章的高,三,五,屬于理論知識(shí),我們需要花很多時(shí)間來(lái)記憶。但記憶不是簡(jiǎn)單的死記硬背,而是在理解的基礎(chǔ)上記憶。有些學(xué)生可能聽不懂,什么叫理解記憶,我在這里跟你一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。如高化學(xué)離子反應(yīng)這一概念,“參與或離子所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)稱為離子反應(yīng)”,然后我們將具體的理解這個(gè)概念具體句子中的每個(gè)單詞的含義。首先是離子,離子在高中化學(xué)離子可以自由移動(dòng),并與自由移動(dòng)離子是什么情況?通過(guò)電離面前電解質(zhì)知識(shí)學(xué)習(xí)知道,可以產(chǎn)生自由移動(dòng)離子兩種情況,一種是離子化合物,包括鹽和堿在熔融狀態(tài),一個(gè)是在水溶液中,也就是說(shuō),只有在這兩個(gè)條件是可能產(chǎn)生自由移動(dòng)離子?；貞?yīng)如下:2 nh4cl Ca (OH) 2 = 2 nh3寫氯化鈣(s) 2水寫,盡管反應(yīng)物含有離子,但不能自由移動(dòng)離子,也不是在產(chǎn)品中自由移動(dòng)的離子,研究這種反應(yīng)不是中學(xué)階段,也不能把它寫離子反應(yīng)方程,只能用化學(xué)方程式。緊隨其后的是“參加或離子生成”,這包含兩個(gè)含義,第一,在反應(yīng)物離子參加顯然沒有要求必須有離子產(chǎn)生的產(chǎn)品,同時(shí),產(chǎn)品也不一定當(dāng)離子生成的反應(yīng)物離子參與,如以下兩個(gè)反應(yīng):(1)Ca (OH) 2 Ca (HCO3) 2 = 2碳酸鈣左2水,(2)2 2水鈉= 2氫氧化鈉H2寫;第二,在離子反應(yīng)的概念,一個(gè)“一”字,這是不能自由行動(dòng)的所有反應(yīng)物參與反應(yīng)的離子,至少一個(gè),當(dāng)然這不是在產(chǎn)品也必須有一個(gè)自由移動(dòng)離子生成。基于這樣的理解,它很容易使用,以便很好地理解詞的總結(jié)離子反應(yīng)的概念,即“只要中包含的化學(xué)反應(yīng)可以自由移動(dòng)的離子,因此,反應(yīng)是離子反應(yīng)”,這句話是每個(gè)人在剛剛結(jié)束后的分析和理解,這些記憶就會(huì)容易多了。我相信,只要你經(jīng)常持久,可以提高每個(gè)人的思考,思考和處理化學(xué)必須的能力大大增強(qiáng)。這一次我們要談?dòng)洃?我想這不再是一個(gè)艱巨的任務(wù)!
此外，除了理解記憶，還有其他的記憶方法，這里主要是指“特殊情況下的特殊記憶”。比如，一些常用的、平凡的、符合人們思維習(xí)慣的人，很容易記住，而以前的一些干擾往往被大家搞糊涂了，這些都是需要特別注意的。我們應(yīng)該時(shí)時(shí)密切關(guān)注，避免在關(guān)鍵時(shí)刻“粗心大意”。例如，我們通常對(duì)氧化還原反應(yīng)有這樣簡(jiǎn)單的記憶，即“單一物質(zhì)參與或形成的所有反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)”，但我們不知道，例如，“石墨鉆石”、“O_2O_3”。這些單位之間的轉(zhuǎn)換不是氧化還原，因?yàn)闆]有漲落的價(jià)態(tài)。這一事實(shí)表明，我們應(yīng)該把握判斷事物的根本依據(jù)。
除了以上的記憶方法，事實(shí)上，聽課也是學(xué)習(xí)的一個(gè)重要的中心環(huán)節(jié)。如何獲得一個(gè)好的類是一個(gè)非常常見的事情，不是一個(gè)方法的問(wèn)題，但它是一個(gè)簡(jiǎn)單的鏈接。不是所有人都知道。事實(shí)上，你必須有一個(gè)傾聽的好習(xí)慣，這樣你才能用一半的努力就能得到兩倍的效果。接下來(lái)，我將談?wù)剝A聽的一些注意事項(xiàng)：
(1)課前預(yù)習(xí)是必不可少的。預(yù)習(xí)是要了解教材的一般內(nèi)容和難點(diǎn)。在預(yù)習(xí)時(shí)，我們應(yīng)該注意教材的總體思想：這本書的主要內(nèi)容是什么?物質(zhì)(如物理性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng))之間有什么關(guān)系?關(guān)鍵物質(zhì)是什么?所有這些都應(yīng)該被預(yù)覽所打動(dòng)。在預(yù)覽時(shí)，我們遇到了疑難和困難，但暫時(shí)解決不了。我們應(yīng)該把它們聚在一起，把它們記錄在筆記本上，以提高聽力的針對(duì)性。此外，我們還可以通過(guò)相應(yīng)的參考書解決這些問(wèn)題，從而提高我們的自學(xué)能力，并學(xué)習(xí)更多的知識(shí)進(jìn)行預(yù)覽。
(2)熟練聽課，積極思考。在課堂上聽老師講課，基本上按照老師的思想去聽。同時(shí)，用你的頭腦積極思考，并努力獲得最佳的綜合利益“接受-思考-理解”。把握基本概念，把握主體精神。教師在課堂教學(xué)中有不同的“緊繃性”，學(xué)生對(duì)講座的“反應(yīng)力”也不同。你不必在預(yù)演中說(shuō)出你所知道的。另一方面，要認(rèn)真聽好難點(diǎn)，做好合理的“聯(lián)想”，在課堂上適度停留。“聯(lián)想”主要涉及課堂知識(shí)的內(nèi)容，可以將“樹木”與“森林”聯(lián)系起來(lái)。例如，當(dāng)你聽到AGI可以用于人工降雨時(shí)，自然會(huì)認(rèn)為初中時(shí)教授的干冰(CO2)也可以用于人工降雨。雖然這是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，但只要廣泛的聯(lián)系，它是非常有用的知識(shí)掌握。但不能離開教室，想漫無(wú)目的地進(jìn)入飛飛。所謂的“停留”是指傾聽課堂的重要性，可以稍微停下來(lái)思考，品味這個(gè)問(wèn)題。也能給全班帶來(lái)一定的興趣。但是別忘了保持一點(diǎn)精神去聽老師在課后的話，試著去聽課堂上的作業(yè)。
此外，課堂筆記也很重要。有些人說(shuō)：“不動(dòng)筆和墨水，你就讀不懂一本書?！蔽覀冞€應(yīng)該做“不動(dòng)筆，不墨不聽”的課。記筆記是在理解的基礎(chǔ)上，用自己的語(yǔ)言，寫下一些概念、想法、難點(diǎn)等。在課堂上抄寫筆記，課后閱讀筆記，考試前記住筆記是不可取的。
(3)鞏固課堂成績(jī)。在每節(jié)課結(jié)束時(shí)，不要急于放棄你的想法。相反，花幾分鐘安靜地思考一下這門課的基本知識(shí)：中心思想。雖然這只是幾分鐘，但效果不應(yīng)低估。
因?yàn)檫z忘的過(guò)程總是快然后慢，而記憶之后的第一次遺忘是最快的。這樣，我們就必須在課后及時(shí)安排復(fù)習(xí)，安排好自己的知識(shí)體系，這樣才能大大提高我們的智力素質(zhì)。總之，只要你掌握了這門課，你就會(huì)得到大部分的學(xué)習(xí)。剩下的工作要靠我們自己的開拓和提高。
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