高二 人教版 化学选择性必修1 第四章《第一节 第3课时 燃料电池》课件

第一节

第3课时

燃料电池高二—人教版—化学选择性必修1—第四章

学习目标1.

能分析氢氧燃料电池的工作原理。2.能运用原电池的思维模型，分析常见燃料电池的工作原理。3.能说出燃料电池在解决能源危机和保护生态环境的重要作用。第一节

第3课时

燃料电池【环节一】氢氧燃料电池的引入【环节一】氢氧燃料电池的引入【思考】请根据原电池的思维模型和氧化还原反应的知识，判断氢氧燃料电池中，氢气和氧气分别通入正极区还是负极区？【环节二】酸性条件下的氢氧燃料电池工作原理2H2

+

O2

=2H2O00+1-2H2O2

H2－2e-=2H+O2+4H++4e-

=2H2OO2+4e-→2O2-不稳定存在

2O2-+4H+→2H2O负极区负极材料：通入气体：电子流向：电子导体:离子导体：负极反应：【任务一】请根据氢氧燃料电池装置示意图，判断以下内容：正极区正极材料：通入气体：电子流向：正极反应：Pt电极H2电子流出导线质子交换膜电解质溶液质子交换膜作用:负极的H+→正极Pt电极O2电子流入总：2H2

+

O2

=2H2O负极：2H2－4e-=4H+正极：O2+4H+

+

4e-

=2H2O电解质：H2SO4溶液氢氧燃料电池①工作时，燃料和氧化剂连续地分别由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出。电池容量大。②连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能。③电极材料本身不参与氧化还原反应，有很强的催化活性。④能量转化率高(＞80%)，污染物排放少，“绿色发电站”。特点【环节二】氢氧燃料电池工作原理总：CH4

+

2O2

=CO2+2H2O①

正极：2O2

+

8H+

+

8e-=4H2O

②

-40+4-2-2负极：CH4

+2H2O－8e-

=CO2

+8H+

①—②

【任务二】根据CH4

+

2O2

=CO2+2H2O，请结合原电池的思维模型和氧化还原的知识，尝试写出在酸性电解质条件下(如H2SO4溶液)的正极、负极反应式。【环节三】甲烷燃料电池的工作原理CH4

+10OH-

－8e-

=CO32-

+7H2O①—②

【任务三】甲烷燃料电池在碱性电解质（如KOH溶液）条件下的总反应式：CH4

+

2O2

+

2OH-=CO32-

+3H2O，请结合原电池的思维模型和氧化还原的知识，尝试写出正极、负极反应式。【环节三】甲烷燃料电池的工作原理2O2

+

4H2O

+

8e-

=8OH-②

总：CH4

+

2O2

+

2OH-

=CO32-

+3H2O①

-40+4-2-2正极：负极：CH4

+4CO32-

－8e-

=5CO2

+2H2O①—②×2

【任务四】甲烷燃料电池在熔融盐电解质（熔融的K2CO3）条件下的总反应式：CH4

+

2O2

=CO2

+2H2O，请结合原电池的思维模型和氧化还原的知识，尝试写出正极、负极反应式。总：CH4

+

2O2

=CO2

+2H2O①

-40+4-2-2正极：负极：【环节三】甲烷燃料电池的工作原理O2

+2CO2

+4e-

=

2CO32-②

【任务五】甲烷燃料电池在固体电解质（如氧化锆ZrO2—氧化钇Y2O3，可传导O2-）条件下的总反应式：CH4

+

2O2

=CO2

+2H2O，请结合原电池的思维模型和氧化还原的知识，尝试写出正极、负极反应式。总：CH4

+

2O2

=CO2

+2H2O①

-40+4-2-2负极：正极：O2+4e-=2O2-

②CH4

+4O2-

－8e-

=CO2

+2H2O①—②×2【环节三】甲烷燃料电池的工作原理电解质体系平衡电荷的离子正极负极酸性溶液碱性溶液固体电解质熔融碳酸盐H+OH-O2-CO32-O2+4H+

+4e-=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-O2+4e-=2O2-O2+CO2+4e-=2CO32-通常C→

CO2H→

H+

H→

H2O碱性C→CO32-

【任务六】请总结燃料电池在酸性、碱性、熔融碳酸盐和氧化物电解质等四种不同的电解质体系的正负极产物。O2+4H+

+4e-=2H2O酸性O2+2H2O+4e-=4OH-碱性O2+4e-=2O2-氧化物O2+CO2+4e-=2CO32-

熔融碳酸盐

烃、醇、煤气等燃料→CO2/CO32-肼、氨气氢氧燃料电池的思维模型

总反应：

H2N-NH2

+O₂=N₂↑+2H2O

①

正极：

O2+2H2O+4e-=4OH-

②负极：

H2N-NH2

+

4OH-

－4e-=N2↑+4H2O

①—②-2-200-2肼燃料电池当电解质为碱性或中性环境时：-2-200-2当电解质为酸性环境时：总反应：

H2N-NH2

+O2

=N2↑+2H2O

①正极：

O2

+

4H+

+

4e-

=

4H2O

②负极：

H2N-NH2－4e-

=

N2↑

+

4H+

①—②

一般是碱性环境下总反应:

4NH3

+

3O2

=

2N2

+

6H2O

①

正极:

3O2

+

12e-+

6H2O

=

12OH-

②

负极:

4NH3+

12OH-

－

12e-

=

2N2

+

12H2O

①—②

氨燃料电池-300-2连续提供电能转化率超过80%污染物排放少绿色发电站烃、肼、醇、氨、煤气等燃料【环节四】小结燃料电池的工作原理和优点如何科学合理地使用电池？建议查阅资料，了解氢氧燃料电池、生物燃料电池等的特点和应用前景，跟大家分享。经验分享谢谢观看！第一节

第3课时

燃料电池答疑高二—人教版—化学选择性必修1—第四章

1．如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置示意图。下列叙述正确的是A．该装置将化学能最终转化为电能B．a处通入O2

C．b处为电池正极，发生还原反应D．通入O2的电极上发生的电极反应

式为O2＋4H＋＋4e-

=2H2O解析:正确选项C信息：电子流向

碱性电解质该装置化学能→电能→光能a极负极H2－2e-=2H+氧化反应b极正极O2+2H2O+4e-=4OH-

还原反应负极H2正极O2图片来自网络2．一种“全氢电池”工作原理如图。

下列说法正确的是A．左边吸附层中发生了还原反应B．电池的总反应为H++OH-=H2OC．正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-D．电解质溶液中,Na+向左移动,ClO4-

向右移动

解析:正确选项B

信息：电子流向负极

H2—2e-=2H+氧化反应

H++OH-=H2O

H2＋2OH-－2e-=2H2O①正极

2H++2e-=H2↑还原反应

②总反应：(①+②)/2

H++OH-=H2O阳离子移向正极，阴离子移向负极负极正极图片来自网络3．如图是甲醇燃料电池的示意图，总反应式2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。下列说法中不正确的是

A.a处通入的是甲醇，电池负极B.每消耗3.2g氧气转移电子为0.4molC.正极反应O2+2H2O+4e-

=4OH-D.负极反应CH3OH+H2O−6e-

=CO2+6H+解析：正确选项C

信息：电子流向

酸性总反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O①

b正极O2+4H++4e-=2H2O(O2-结合H+)②a负极

C