选修5有机化学基础《复习题》新课标优质课教案设计

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教学重难点：

燃料电池的电极反应式和电池反应式的书写方法。

教学准备：

教学设计、PPT课件和燃料电池应用视频。

教学过程：

【引言】上课前我们先看一段视频。（师生观看）

燃料电池不仅在汽车领域应用前景广阔，在航空航天、航海等领域都有巨大的潜力，因此我们有必要进一步学习他。

【过渡】前面我们对燃料电池有简单的了解，今天主要来讨论燃料电池的电极反应式和电池反应式的书写。

【复习】1、原电池工作原理：使氧化还原反应中的还原剂和 之间通过外电路间接地进行电子转移：①在负极，物质失去电子发生 ； ②在正极，物质得到电子发生 ；③电子通过导体经外电路由负极传导至 极； ④电解质溶液中，阳离子向 移动，阴离子向 移动。

2.燃料电池回顾：①定义：燃料电池是一种不经过燃烧， 将燃料与氧化剂(如:O2)反应所放出的化学能直接转化为电能的装置。②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。③两极材料：惰性材料，只具导电性，且两电极材料可以相同。④两极判断：通入燃料气的一极——负极，通O2或空气的一极——正极。⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。⑥优点：高效、环境友好。

【过渡】如何正确书写燃料电池的电极反应式呢？下面我们来共同探讨。

【例1】写出甲醇（CH3OH）燃料电池在电解质溶液分别为KOH和H2SO4溶液时的电极反应和电池反应式.

分析：因甲醇燃料电池的电解质为KOH溶液，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，若电解质为H2SO4溶液时生成CO2。（1）碱性电解质（KOH溶液为例）总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH === 2K2CO3 + 6H2O .正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH- 负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH-? === CO32- + 6H2O ;(2) 酸性电解质（H2SO4溶液为例）:总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O 负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2

【练习1】请写出甲烷（CH4）燃料电池在电解质溶液分别为KOH和H2SO4溶液时的电极反应和电池反应式。.

分析：甲烷燃料电池在电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。 负极发生的反应：CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O ??CO2 + 2OH- == CO32- + H2O，所以： 负极的电极反应式为：CH4 + 10 OH- + 8e- === CO32- + 7H2O 正极发生的反应有：O2 + 4e- === 2O2- 和O2- + H2O === 2OH-? 所以：正极的电极反应式为：O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-

【例2】某燃料电池以熔融的K2CO3（其中不含O2-和HCO3-）为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。试回答下列问题：

⑴写出该燃料电池的化学反应方程式。

⑵写出该燃料电池的电极反应式。

⑶为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是什么，它从哪里来？

解析：由于电解质为熔融的K2CO3，且不含O2-和HCO3-，生成的CO2不会与CO32-反应生成HCO3-的，故该燃料电池的总反应式为： 2C4H10+13O2=8CO2+10H2O。按上述燃料电池正极反应式的书写方法3知，在熔融碳酸盐环境中，其正极反应式为O2＋2CO2 +4e-=2CO32-。通入丁烷的一极为负极，其电极反应式可利用总反应式减去正极反应式求得，应为2C4H10+26CO32-－52e-=34CO2+10H2O。从上述电极反应式可看出，要使该电池的电解质组成保持稳定，在通入的空气中应加入CO2，它从负极反应产物中来。

【练习2】据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用一个月才充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生二氧化碳被充分吸收生成CO32-。

（1）该电池反应的离子方程式为__________________________。

（2）甲醇在__________极发生反应(填“正”或“负”)，电池中放电过程中溶液pH将_________(填“下降”、“上升”或“不变”)；

（3）最近，又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导O2－离子(其中氧化反应发生完全)。以丁烷代表汽油。该电池的正极反应式为_____________________。

（4）放电时固体电解质里的O2－离子的移动方向是向________极移动(填“正”或“负”)。