二輪專題復(fù)習(xí)之電化學(xué)原理及應(yīng)用
——燃料電池分析

◆張翠英

(新疆維吾爾自治區(qū)和靜縣高級中學(xué))

二輪專題復(fù)習(xí)之電化學(xué)原理及應(yīng)用
——燃料電池分析

◆張翠英

(新疆維吾爾自治區(qū)和靜縣高級中學(xué))

結(jié)合多年高中化學(xué)教學(xué)的實際和歷年各地的高考試題，對二輪復(fù)習(xí)專題中電化學(xué)原理及應(yīng)用中燃料電池的幾種?？贾R點進行了歸納，希望對今后學(xué)生的備考有所幫助。

二輪專題復(fù)習(xí) 電化學(xué)原理及應(yīng)用 燃料電池

高三化學(xué)二輪復(fù)習(xí)，是高三化學(xué)總復(fù)習(xí)中一個關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)。電化學(xué)原理及應(yīng)用，是歷年高考化學(xué)的重點考查的一個知識點。高考化學(xué)中對電化學(xué)原理及應(yīng)用的考察角度靈活多變，特別是近年來高考試題中出現(xiàn)了出現(xiàn)的燃料電池的考察。試題的信息新穎、涉及面廣泛，下面對近幾年來的有關(guān)鋰——空氣電池、鋁——空氣燃料電池、微生物燃電池以及氫氧燃料電池等燃料電池的試題進行分析，為二輪復(fù)習(xí)提供有益的啟示。

一、考察燃料電池充放電時正負極及電極反應(yīng)的書寫或正誤的判斷

例1.有人設(shè)計出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是( )

①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole－

②負極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式

③負極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e－=4OH－

④電池放電后，溶液PH不斷升高

A.①② B.①③ C.①④ D.③④

點撥:本題是考查原電池原理在燃料電池中的具體應(yīng)用，首先要判斷出電池的正負極，其方法是確定在該電極上發(fā)生的是失電子還是得電子反應(yīng)，若發(fā)生的是失電子反應(yīng)是原電池的負極，反之是正極。CH4在鉑電極上發(fā)生類似于CH4在O2燃燒反應(yīng)，即CH4→CO2嚴格講生成的CO2還與KOH反應(yīng)生成K2CO3，化合價升高，失去電子，是電池的負極，電極反應(yīng)式為CH4－8e－+10OH－=CO32－+7H2O，1molCH4參加反應(yīng)有8mole－發(fā)生轉(zhuǎn)移，O2在正極上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e－=4OH－。雖然正極產(chǎn)生OH－，負極消耗OH－，但從總反應(yīng)CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O可看出是消耗KOH，所以電池放電時溶液的PH值不斷下降，故①②正確，③④錯誤。答案:A。

規(guī)律總結(jié)1:

1.原電池電極名稱的判斷方法

(1)根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定金屬－金屬電極，活潑金屬是負極，不活潑金屬是正極;金屬－非金屬電極，金屬是負極，非金屬是正極;金屬－化合物電極，金屬是負極，化合物是正極。

(2)根據(jù)電極反應(yīng)的本身確定 失電子的反應(yīng)－氧化反應(yīng)－負極;得電子的反應(yīng)－還原反應(yīng)－正極。

2.原電池電極反應(yīng)式書寫關(guān)鍵

(1)明確電池的負極反應(yīng)物是電極本身還是其他物質(zhì)、反應(yīng)產(chǎn)物及化合價的變化;

(2)確定電池的正極反應(yīng)物是電解質(zhì)溶液中的離子，還是其他物質(zhì)(如溶有或通入的氧氣);

(3)判斷是否存在特定的條件(如介質(zhì)中的微粒H+、OH－非放電物質(zhì)參加反應(yīng))，進而推斷電解質(zhì)溶液的酸堿性的變化;

(4)總的反應(yīng)式是否滿足質(zhì)量守衡、得失電子守衡、電荷守衡。

二、考察燃料電池充放電時兩極附近的溶液酸堿性(pH)或離子移動方向的判斷

例2.全釩液流儲能電池是利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)化學(xué)能和電能相互的裝置，其原理如圖1所示:

①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍時，其電極反應(yīng)式為______________。

②充電過程中，右槽溶液顏色逐漸由_____色變?yōu)開______色。

③放電過程中氫離子的作用是______________和__________;充電時若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3.01×1023個，左槽溶液n(H+)的變化量為_______。

點撥:本題是考查以釩為材料的化學(xué)原理題，涉及電化學(xué)知識。①左槽中，黃變藍即為VO2+生成VO2+，V的化合價從+5降低為+4，得一個電子，O原子減少，從圖中知，其中H+發(fā)生了移動，參與反應(yīng)，由此寫出電極反應(yīng)式。②放電作為原電池，左槽得電子，而右槽失電子。充電作為電解池處理，右槽中則為得電子，對應(yīng)化合價降低，即為V3+生成V2+，顏色由綠變成紫。③由電極反應(yīng)式知，H+參與了反應(yīng)。溶液中離子的定向移動可形成電流。n=N/NA=3.01 ×1023/6.02 ×1023=0.5 mol。答案:①VO2++2H++e－=VO2++H2O②綠、紫③參與正極反應(yīng)、通過交換膜定向移動使電流通過溶液 0.5 mol。

規(guī)律總結(jié)2:

1.電池在放電或充電發(fā)生電極反應(yīng)后，若有生成H+或消耗OH－，則該電極的附近溶液中的堿(酸或)性會增強，PH會增大(或減小)。

2.電池在充電時，溶液中的陰離子移向陽極，陽離子移向陰極;放電時相反。

三、綜合應(yīng)用

例3.圖2是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是( )

A.二氧化硅是太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換材料

B.裝置Y中正極的電極反應(yīng)式為:2H2O+O2+4e－=4OH

C.裝置X能實現(xiàn)燃料電池的氫氣和氧氣再生

D.裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化

點撥:太陽能電池利用光能轉(zhuǎn)化為電能可直接用于共組;馬達實現(xiàn)了電能與機械能的轉(zhuǎn)化;在裝置X中，電解水生成H2、O2，實現(xiàn)了電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化;在裝置Y中構(gòu)成燃料電池，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，作用于馬達實現(xiàn)了電能與機械能的轉(zhuǎn)化，A、D錯誤;氫氧燃料電池的負極上應(yīng)是H2參加反應(yīng)，B錯誤;裝置X能利用光能實現(xiàn)H2、O2、H2O 的循環(huán)再生。答案:C

規(guī)律總結(jié)3:綜合性題目，把握住各學(xué)科的基本原理，一步一步分析，步步為營。

四、小結(jié)

高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)起著一個承上啟下的作用，本文探討了高考化學(xué)中常考知識點——電化學(xué)原理及應(yīng)用之燃料電池，為高考化學(xué)的備考提供了一定的參考依據(jù)。

［1］周榮.學(xué)貴心悟，守舊無功——談高中化學(xué)教學(xué)中探究式教學(xué)策略［J］.現(xiàn)代閱讀(教育版)，2012，(07).

［2］王軍.探討新課標(biāo)下化學(xué)實驗的重要性和實驗教學(xué)的策略［J］.現(xiàn)代閱讀(教育版)，2011，(15).

［3］常立縣，丁赤，王莉.基于三維目標(biāo)的高中化學(xué)有效教學(xué)策略研究——以“富集在海水中的元素——氯”教學(xué)為例［J］.當(dāng)代教育理論與實踐，2011，(12).

［4］程銀芳，鄭婕，陳彥國，陳祖超.中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)方法探究［J］.湖北師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，(01).

［5］宋海清.高三化學(xué)專題復(fù)習(xí)中運用“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式初探［N］.學(xué)知報，2010－04－27.