【高中化学】燃料电池+课件+高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修一

专题1化学反应与能量变化第二单元

化学能与电能的转化第3课时燃料电池教学目标核心素养1．了解燃料电池的反应原理及构造。2．能够写出常见燃料电池的电极反应。3．设计简单的燃料电池，实现能量转化。科学态度与社会责任：增强科技意识，不断研发新型电池，满足人类社会发展的需求。积极回收利用废旧电池，减少其对环境的污染。温故知新常见的化学电源三种电池构成的共同组成特点是什么?写出负极的电极反应式。一、燃料电池(1)构造1．氢氧燃料电池酸性电解质(H2SO4)碱性电解质(KOH)负极反应正极反应总反应2H2

－4e－

==

4H+

O2+4H+

+4e－==2H2O2H2+4OH－－4e－==4H2OO2+2H2O+4e－

==

4OH－2H2＋O2==2H2O(2)工作原理★氢氧燃料电池用多孔金属作电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。一、燃料电池

1．假如将目前地球上通过化石燃料燃烧产生能量的所有技术均改为使用氢氧燃料电池，试问可能出现什么结果?2．人类会面临哪些新的问题?3．如何作出合理的选择?燃料电池的优点：燃料（氢气、甲烷、甲醇、肼、氨等）来源广、能量转化效率高、废弃物排放少、运行噪音低。制约因素：如原材料成本、电极组装工艺、燃料的贮存和运输等。选择决策(3)电池特点①连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能④能量转化率高(＞80%)，排放废物少③工作时燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地反应，生成物不断地被排出②电极材料本身不参与氧化还原反应一、燃料电池例1．质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是（）A．通入氧气的电极发生氧化反应B．通入氢气的电极为正极C．导电离子为质子，且在电池内部由正极

定向移动至负极D．正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2OD正极，发生还原反应质子移向正极负极，发生氧化反应理解应用2．形形色色的燃料电池例2．根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气作用生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，负极上发生的反应为（）A．CH3OH＋O2－2e﹣

==H2O＋CO2＋2H＋B．O2＋4H＋＋4e﹣

==2H2OC．CH3OH

－6e﹣＋H2O

==CO2↑＋6H＋D．4OH﹣

－4e﹣==O2↑＋2H2OC一、燃料电池以CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式为例：

燃料电池电极反应式的书写方法第一步确定生成物负极燃料正极O2氧化反应还原反应e﹣

第二步确定电子转移和变价元素原子守恒第三步依据电解质性质，用OH－使电荷守恒第四步依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数方法导引例3．写出碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池的电极反应式和总反应式。总反应式：____________________________________；正极反应式：___________________________；负极反应式：_______________________________________。3O2＋6H2O＋12e－===12OH－理解应用负极：N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－总反应式：N2H4＋O2===N2＋2H2O例4．如图为肼燃料电池示意图，请写出正、负极的电极反应式及总反应式。理解应用常见燃料电池(1)H2、CH4、N2H4、CH3OH、NH3、煤气等均可作为燃料电池的燃料。(2)电解质可以是酸(如H2SO4)、碱(如KOH)也可以是熔融盐(如Li2CO3-Na2CO3混合物)。(3)燃料电池电极反应式的书写与电解质溶液有密切关系，补项原则如下。酸性介质：缺氢补H＋

缺氧补H2O碱性介质：缺氢补H2O缺氧补OH－归纳总结1．设计思路将用学生电源电解稀硫酸得到的氢气(H2)和氧气(O2)在两个石墨电极上反应，使化学能转化为电能。2．装置图二、制作简单燃料电池实验药品：1mol·L-1Na2SO4溶液实验器材：6V直流电源，发光二极管，石墨电极，电解槽，导线若干实验现象：接通电源，电解约半分钟，碳棒上产生明显的气泡。断开电源，接通二极管，二极管发光。根据燃料电池的反应原理、所提供的仪器和药品，制作简单的氢氧燃料电池。基础实验(1)连接二极管时，如何判断燃料电池的正、负极？接通学生电源，两端产生氢气和氧气的体积比为2∶1，由于氢气的体积大，玻璃导管内的液柱先溢出，作燃料电池的负极。(2)什么现象可以证明处于不同电极的氢气和氧气发生了反应？二极管发光。结合实验现象，思考下列问题。交流讨论我国火力发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右，发电效率约40%。同时，全国大约90%的二氧化硫和80%的二氧化碳的排放量也是由煤燃烧产生的。目前，我国正在开展整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池(IG-MCFC)发电系统的开发研究，将燃料电池发电技术与整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术相结合，该技术是21世纪洁净煤发电技术的一个重要方向。请查阅有关资料和数据，从能量转化、资源的合理利用、环境保护等角度说明该技术发展在解决能源问题中发挥的重要作用。批判性思维废电池的危害与回收利用化学·生活废弃电池中的汞在微生物的作用下，无机汞可以转化成甲基汞，甲基汞能严重破坏人的神经系统，重者会发疯致死。著名的日本水俣病就是甲基汞所致。镉能使人的肝和肾受损，也会引起骨质松软，重者造成骨骼变形。汽车废电池中含有酸和重金属铅，泄漏到自然界可引起土壤和水源污染，最终对人造成危害。废旧电池中对人体有害的重金属又是较为稀缺的工业原料。在废旧电池中每回收1000克金属，就有82克的汞、88克的镉。回收处理废旧电池不仅解决了环境污染的问题，而且也实现了资源的回收再利用。迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已投入使用的高性能、无污染电池。绿色电池种种金属氢化物镍电池由于采用了稀土合金或Ti-Ni合金储氢材料作为负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其成为一种绿色环保电池。锂离子蓄电池是由碳作负极，嵌锂的金属氧化物作正极和有机电解质构成。太阳能电池利用P—N结的光电效应发电，具有无需燃料、无污染、无噪声、运行简单可靠、

减少维护、建设周期短等特点。化学·生活燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。从理论上来讲，只要连续供给燃料，燃料电池便能连续发电，已被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术。化学·生活绿色电池种种1．氢氧燃料电池燃料电池

2．形形色色的燃料电池3．制作燃料电池电极反应式及总反应书写课堂小结巩固练习1．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是(

)A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2OD．以KOH溶液作为电解质溶液，甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－