高中化学高考知识要点集锦燃烧热、燃料电池和电能学案

发布时间：2019-04-12 20:05:14 来源：文档文库

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燃烧热、燃料电池、电能

化学反应不仅生成新物质，而且都伴随有能量的变化。化学反应能量的变化从物质内部揭示了化学反应的实质，诠释了物质之间发生变化的另一个侧面。这种能量变化主要体现在化学反应吸收或放出的热能变化上，以及电能与化学能之间的相互转化。下面我们尝试从这个考点了解反应中能量变化的一些形式。

一、燃烧反应、燃烧热

燃烧是一种剧烈放热、发光的化学反应，是可燃物在氧化剂气体（一般氧气）中发生的氧化还原反应。燃烧产物均为能量较低的稳定物质，所以燃烧全部为放热反应。燃烧热就是指在1个大气压的条件下，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量。表示燃烧热可以用特定的热化学方程式表示。

例1.将0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和气态水，放出609.9 kJ热量，该反应的热化学方程式为________________。又已知：H2O(g)＝H2O(l)； ΔH＝－44.0 kJ/mol，乙硼烷的燃烧热为________kJ/mol。

解析：0.3 mol乙硼烷完全燃烧生成气态水放出609.9 kJ热量，则1 mol乙硼烷完全燃烧放出的热量为：1 mol×＝2033 kJ。因此乙硼烷燃烧的热化学反应方程式为：

B2H6(g)+3O2(g)＝B2O3(s)+3H2O(g)；ΔH＝－2033 kJ/mol。产物气态水能量较高，燃烧热应为燃烧生成液态水时放出的能量，而1 mol乙硼烷燃烧生成液态水放热

2033 kJ+44.0 kJ/mol×3 mol=2165 kJ，所以乙硼烷的燃烧热为：2165 kJ/mol。

二、燃料电池、电能

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。燃料电池作为一种新型电源，其电极材料丰富，电解质多种多样（可以是酸性，可以是碱性，可以是固态、气态还可以是液态等），尤其近年来，一次性能源的匮乏和环境保护的要求，开发利用新的清洁再生能源问题变得紧迫，燃料电池以其能量转换率高、对环境污染小等优点而将渗透到我们生活的各个领域。

例2.有人将铂电极插入氢氧化钾溶液中作电极，又在两极片上分别通甲烷和氧气形成原电池，从而设计出一种燃料电池，该电池中甲烷的铂丝为_____极，发生的电极反应为_____________.该电池工作时放电反应的总化学方程式为______________，电池工作时溶液的PH(填“不变”，“变小”,“变大”)____________

解析：甲烷燃料电池以甲烷的燃烧反应为基础进行，甲烷是还原剂，在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，在书写电极反应时既要注意KOH电解质溶液的参与，还应注意得失电子守恒和电荷守恒。

负极：CH4+10OH—-8e—=CO32—+7H2O 正极：2 O2+4H2O+8e-=8OH-

电池总反应式：CH4+2 O2+2OH—=CO32—+3H2O

电池工作时要消耗氢氧根离子，所以PH变小。

三、热能和电能

对于一个特定化学反应，反应前后能量的变化无论以什么形式释放出来，能量值都是一样的。不过将燃烧反应设计成燃料电池将大大提高能量的利用率，这也是燃料电池即将成为21世纪新能源的重要原因。

例3.（1）碱性燃料电池（AFC）是采用30%—50%KOH溶液作电解质溶液，以氢气和氧气为燃料在一定条件下使其发生反应，试表示该电池的电极反应式。

（2）已知燃烧1 g氢气生成液态水放出热量143 kJ，某燃料电池以氢气为燃料，假设能量利用率为80%，那么要求产生1度电需标准状况下的氢气__________L，写出该反应的热化学方程式。

解析：氢氧燃料电池在碱性条件下的电极反应为：

负极：2H2+-4e- +4OH—=4H2O 正极：O2+4e—+2H2O=4OH—

电池的总反应式为：2H2+O2=2H2O，所以该燃料电池发电释放能量可以由燃烧反应的反应热求得。1 g氢气完全燃烧放出热量143 kJ，该燃烧反应的热化学方程式为2H2(g) + O2(g) ＝2H2O(l)；ΔH1＝－572 kJ/mol，氢气燃烧热为286 kJ/mol。产生1度电的能量为3600kJ，需要氢气的体积为：v（H2）==352.4 L

四、链接高考

（07江苏）甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是

①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)；△H= + 49．0 kJ·mol-1

②CH3OH(g)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g)；△H=－192．9 kJ·mol-1

下列说法正确的是( )。

A．CH3OH的燃烧热为192．9 kJ·mol－1

B．反应①中的能量变化如右图所示

C．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量

D．根据②推知反应：CH3OH(l)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g)的△H>－192．9 kJ·mol－1

解析：本题以燃料电池为载体考查燃烧热和热化学方程式。CH3OH燃烧热应指1 mol甲醇完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量，题中电池反应甲醇生成氢气，不符合定义，因此选项A错。反应①是吸热反应，而上图所示反应物的总能量大于生成物的总能量应是放热反应，因此选项B也错。由反应①②可知，CH3OH转变成H2的过程有的是放热反应有的是吸热反应，选项C错。液态甲醇能量低于气态甲醇，与氧气反应放出热量少，因△H为负，所以△H>－192.9 kJ·mol－1。选D。