2025年高中化学第4章教考衔接4燃料电池模型及应用课件新人教版选择性必修1

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第四章 教考衔接4　燃料电池模型及应用深挖教材1.教材模型及分析教材模型模型分析(1)氢氧燃料电池的构成:以H2为燃料,O2为氧化剂,铂作电极材料,电解质溶液可以是酸性(如H2SO4溶液),也可以是碱性(如KOH溶液)。(2)氢氧燃料电池的工作原理(电解液为H2SO4溶液):①负极:通入H2,H2在Pt催化剂下分解为H,H失去电子成为H+进入电解质溶液,电极反应式为H2-2e-===2H+。②正极:通入O2,H+通过质子交换膜进入正极室,O2得到电子生成H2O,电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O。③总反应:2H2+O2===2H2O。2.模型应用与指导(1)燃料电池中,可燃物通入负极,发生氧化反应;氧化剂(氧气或空气等)通入正极,发生还原反应。(2)燃料电池中,阳离子向正极区迁移,阴离子向负极区迁移;电子由负极经导线流向正极,电流的流向:正极→导线(用电器)→负极→电解液→正极。(3)燃料电池的电极及电池总反应的书写①负极反应[以碱性(KOH溶液)-甲烷燃料为例]②正极反应因为是强碱性介质,所以正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-。③电池总反应依据得失电子守恒配平两极反应式,然后将两极反应式相加可得电池总反应式。链接高考模型应用1　清洁燃料电池——(直接应用)1.(2021·山东卷)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池。下列说法正确的是(　　)A.放电过程中,K+均向负极移动B.放电过程中,KOH物质的量均减小C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 LC解析 燃料电池放电时,阳离子向正极移动,故K+均向正极移动,A错误;N2H4-O2清洁燃料电池的产物是N2和H2O,其总反应中未消耗KOH,故KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池中KOH的物质的量减小,B错误;理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关,设消耗燃料的质量均为m g,则甲醇、确;N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4+O2===N2+2H2O,消耗1 mol O2同时生成1 mol N2,在标准状况下体积约为22.4 L,D错误。关键信息　①以KOH溶液为离子导体,CH3OH-O2燃料电池反应产物是K2CO3和H2O;N2H4-O2燃料电池反应产物是N2和H2O;(CH3)2NNH2-O2燃料电池反应产物是K2CO3、N2和H2O。②N2H4-O2燃料电池生成N2和H2O,存在定量关系:N2H4~O2~N2~4e-。模型应用2　VB2-O2燃料电池——(创新应用)2.(2020·全国Ⅲ卷)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH--11e-=== +2[B(OH)4]-+4H2O。该电池工作时,下列说法错误的是(　　)A.负载通过0.04 mol 电子时,有0.224 L(标准状况)O2参与反应B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O===8[B(OH)4]-+D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极B解析 复合碳电极为正极,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,当负载通过0.04 mol 电子时,正极有0.01 mol O2参与反应,在标准状况下的体积约为0.224 L,A正确;根据正、负极的电极反应式可知,负极消耗OH-,pH降低,而正极区生成OH-,pH升高,B错误;在得失电子守恒的基础上,将正、负极电极反应式相加可得总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O===8[B(OH)4]-+ ,C正确;根据原电池中电流的流向判断,电流方向为正极(复合碳电极)→负载→负极(VB2电极)→KOH溶液→正极,D正确。