燃料电池-高二化学教学课件（人教版选择性必修1）

第一章化学反应的热效应第四章化学反应与电能第一节原电池本节重点燃料电池的电极方程式的书写第3课时

燃料电池高效节能环保绿色燃料电池

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。那么，为什么要研究燃料电池？燃料电池的工作原理是什么？燃料电池的主要类型有哪些？燃料电池结构及电极反应原理使用燃料电池的汽车燃料电池原理主题1:燃料电池①原理：将燃料和氧化剂(如:O2)反应所放出的化学能转化为电能。②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。③两极材料：惰性材料，只具导电性。④两极判断：通入燃料气的一极负极通入O2或空气的一极正极⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。⑥高效、环境友好。主题1:燃料电池——一种高效低污染的新型电池氢氧燃料电池①酸性条件下工作原理：正极:

O2+4H++4e-＝2H2O;负极:2H2-4e-＝4H+总(电池)反应：2H2+O2＝2H2OH+定向移动到正极，在负极生成，在正极消耗主题1:燃料电池——一种高效低污染的新型电池氢氧燃料电池②碱性条件下工作原理：正极:

O2+2H2O＋4e-＝4OH-;负极:

2H2+4OH-

－4e-＝4H2O总(电池)反应：2H2+O2＝2H2OOH-定向移动到负极，在正极生成，在负极消耗有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀主题1:燃料电池——一种高效低污染的新型电池氢氧燃料电池③固体燃料电池介质电池反应：2H2+O2=2H2O负极正极负极

正极2H2-4e-+2O2－=2H2O

O2+4e-=2O2－

2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O主题1:燃料电池其他燃料电池1.甲烷燃料电池中性条件下负极：CH4

–8e-+2H2O==CO2+8H+正极：2O2

+8e-+4H2O==8OH-总反应：CH4+2O2==CO2+2H2O碱性条件下负极：CH4

–8e-+10OH-==CO32-+7H2O正极：2O2

+8e-+4H2O==8OH-总反应：CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O酸性条件下负极：CH4

–8e-+2H2O==CO2+8H+正极：2O2

+8e-+8H+==4H2O总反应：CH4+2O2==CO2+2H2O主题1:燃料电池其他燃料电池2.甲醇燃料电池（电解质：KOH）正极：负极：总反应：3O2+6H2O+12e－===12OH－3.肼燃料电池（电解质：KOH）正极：负极：总反应：O2+2H2O+4e－===4OH－

在燃料电池中,电解质溶液参与电极反应,电解质酸碱性的改变,会引起电极反应的变化,但不影响燃料及O2的性质。

电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时,还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。主题1:燃料电池其他燃料电池4.熔融盐燃料电池熔融盐燃料电池具有较高的发电效率,因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极反应物,空气与CO2的混合气为正极反应物,制得在650℃下工作的燃料电池。有关的电池反应式为:正极：负极：总反应：2CO+O2===2CO2主题1:燃料电池[思考]Ⅰ.原电池的电极材料都必须是金属吗?正极、负极材料可以是同一种导电物质吗?原电池的电极材料可以是两种活动性不同的金属,也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨)。在燃料电池中,电极本身均不发生反应,故两极均可用惰性材料,如Pt电极。Ⅱ.燃料电池的两电极反应有何特点?两个电极均为惰性电极,本身不参与反应。在反应中燃料一般表现为失去电子,通入负极。常用的氧化剂是氧气,在反应中表现为得到电子,通入正极。

主题1:燃料电池[燃料电池的规律]①燃料做负极，助燃剂氧气为正极②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。燃料电池与前几种电池的差别：①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。主题1:燃料电池5.其它新型电池我国首创海洋电池（铝-空气-海水新型电池）优点：没有怕压部件，在海洋下任何深度都可以正常工作；以海水为电解质溶液，不存在污染，是海洋用电设施的能源新秀；一块铝板可以使用一年以上。主题1:燃料电池石墨烯电池高铁电池锌碘液流电池主题1:燃料电池

电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。主题1:燃料电池减少污染节约资源废旧电池处理主题1:燃料电池二、判断电池优劣的标准（1）比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］

指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少（2）比功率[符号是W/kg，W/L)]指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小（3）电池的储存时间的长短

除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。主题1:燃料电池课堂检测

D课堂检测2.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(

)D课堂检测A课堂检测2．如图为氢氧燃料电池构造示意图，下列有关描述正确的是（

）A．H+向负极移动 B．O2在负极上反应C．反应最终产物是H2O D．电子由正极通过导线流向负极C1.书写原则：①质量守恒+电荷守恒+电子守恒②弱电解质、气体、难溶物均写化学式，其余用离子符号2.书写燃料电池电极反应式的基本步骤(1)第一步:写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应,则总反应为加和后的反应。如氢氧燃料电池的总反应为2H2+O2===2H2O;甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应:CH4+2O2===CO2+2H2O①CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O②①+②式得燃料电池总反应为CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O。主题2:书写燃料电池电极反应式和总反应式2.书写燃料电池电极反应式的基本步骤(2)第二步:写出电池的正极反应式。根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,一般为以下四种情况:①酸性电解质溶液环境下电极反应式:O2+4H++4e-===2H2O。②碱性电解质溶液环境下电极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-。③固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:O2+4e-===2O2-。④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:O2+2CO2+4e-===2。(3)第三步:根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系:电池的总反应式=电池正极反应式+电池负极反应式(消去电子)。故根据第一、二步写出的反应:电池的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式,注意在将两个反应式相减时,要约去正极的反应物O2。主题2:书写燃料电池电极反应式和总反应式2.书写步骤

①析价态，定正负

②列物质

③标得失

④看环境，配守恒确定电极和反应物、产物1.写出燃烧反应的化学方程式；2.根据电解液改写燃料电池总反应；标化合价，定得失电子数目根据电解质性质和电荷守恒配平配平H2O等其他物质系数、检查补项原则：

酸性介质（缺H补H+，缺O补H2O）；

碱性介质（缺H补H2O，缺O补OH-）；

熔融氧化物使用O2-；熔融碳酸盐使用CO32-。主题2:书写燃料电池电极反应式和总反应式3.实例以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法:(1)酸性条件燃料电池总反应:CH4+2O2===CO2+2H2O①燃料电池正极反应:O2+4H++4e-===2H2O②①-②×2,得燃料电池负极反应:CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+(2)碱性条件燃料电池总反应:CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O①燃料电池正极反应:O2+2H2O+4e-===4OH-②①-②×2,得燃料电池负极反应:CH4+10OH--8e-===+7H2O主题2:书写燃料电池电极反应式和总反应式(3)固体电解质(高温下能传导O2-)燃料电池总反应:CH4+2O2===CO2+2H2O①燃料电池正极反应:O2+4e-===2O2-②①-②×2,得燃料电池负极反应:CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境燃料电池总反应:CH4

+2O2===CO2+2H2O①燃料电池正极反应:O2+2CO2+4e-===2②①-②×2,得燃料电池负极反应:CH4+4-8e-===5CO2+2H2O。主题2:书写燃料电池电极反应式和总反应式课堂检测1.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－+H2O=CH3COOH+4H＋。下列有关说法正确的是（）A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B.若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气C.电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2OD.正极上发生的反应是：O2+4e－+2H2O=4OH－C课堂检测2.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为2H2+O2===2H2O,下列有关说法正确的是(

)A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-C