实验08制作简单的燃料电池-【同步实验课】2023-2024学年高二化学教材实验大盘点（人教版2019选择性必修第一册）

【同步实验课】 制作简单的燃料电池 01实验梳理 02实验点拨 03典例分析 04对点训练 05真题感悟 【实验目的】 1.理解燃料电池的工作原理。 2.设计和制作一个致然料电池。 【实验仪器】 U形管、石墨棒（石墨棒使用前应该经过烘干活化处理）、3~6V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表（或发光二极管、音乐盒等）。 【实验试剂】 1 mol/LNa2SO4溶液、酚酞溶液。 【实验一】 制作简单的燃料电池 实验操作 图解操作 实验现象 实验结论 1.电解水。在U形管中注入1 mol/LNa2SO4溶液，然后向其中滴加1-2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒。并用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合K1，接通直流电源开始电解、观察现象。 2.制作一个氢氧燃料电池。当上述电解过程进行1~2min后，打开K1，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等）相连，闭合K2，观察现象。 注入Na2SO4溶液 滴加1-2滴酚酞溶液 接通直流电源开始电解1分钟 通电1分钟后，左侧石墨电极为阳极，有氧气生成；右侧石墨电极为阴极，有氢气放出，观察到U形管右管呈现红色，说明有碱性物质生成。 断开电源后，U形管两侧石墨电极上附着有大量的气泡，用电线与电流表相连，发现电流表指针发生偏转，说明有电流产生。 （一）问题与讨论： 用惰性电极电解电解质水溶液的类型总结 1．利用图中装置分别电解Na2SO4溶液、NaOH溶液和稀硫酸能产生装置中的现象吗？为什么？ 2．利用图中装置分别电解饱和NaCl溶液、NaNO3溶液产生的现象相同吗？为什么？ （二）规律与方法： 1.电解类型 类型 电极反 应特点 例子 实际电解对象 电解质 浓度 溶液 pH 电解质溶液复原 电解 电解 质型 电解质的离子放电 HCl HCl 减少 增大 加HCl CuCl2 CuCl2 减少 加CuCl2 电解 水型 阳极OH－放电，阴极H＋放电 NaOH H2O 增大 增大 加H2O H2SO4 H2O 增大 减小 加H2O Na2SO4， KNO3 H2O 增大 不变 加H2O 放出氢气 生成碱型 阴极H＋放电 NaCl 电解质 和水 部分离子浓度减少 增大 加HCl KBr 加HBr 放出氧气 生成酸型 阳极OH－放电 AgNO3 电解质 和水 部分离子浓度减少 减小 加Ag2O CuSO4 加CuO 2.燃料电池 名称 电解质 电极反应和总反应 氢氧 燃料 电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O 总反应：2H2＋O2===2H2O H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋ 总反应：2H2＋O2===2H2O 甲烷 燃料 电池 KOH 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O 甲醇 燃料 电池 KOH 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 肼燃 料电 池　 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O （三）深度剖析： 1.“三步法”书写燃料电池电极反应式 2.电解的相关计算 （1）计算方法 有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价、元素的相对原子质量、溶液的pH及物质的量浓度等。不论哪种计算，均可概括为下列三种方法： 电子守恒计算 用于串联电路，通过阴、阳两极的电量相同等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等 总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算 关系式计算 根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需要的关系式 （2）等量关系 (1)电解池中阳极失去的电子总数＝阴极得到的电子总数。 (2)当电流通过一个或多个串联的电解池时， 它们皆处于同一闭合电路中，所以各池的电流强度相等，同一时间内通过的电子的物质的量相等。 (3)常见电化学计算的对应关系： H2～Cl2～O2