《制作简单的燃料电池》课件

《制作简单的燃料电池》情境导入燃料电池城市客车燃料电池和“超级电容”混合动力客车燃料电池的供电量易于调节，能适应电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景。1.理解燃料电池的工作原理2.设计和制作一个氢氧燃料电池实验目的实验原理实验原理仪器：U形管、石墨棒、可调节的直流电源、鳄鱼夹、导线、发光二极管、万用电表。药品：1mol/LNa2SO4溶液、酚酞溶液。实验用品实验过程实验记录实验步骤实验装置实验操作实验现象结论及解释1.电解

水在U形管中注入1mol·L－1Na2SO4溶液，然后向其中滴入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。阳极：阴极：阳极产生；电极反应：阴极产生；电极反应：实验记录实验步骤实验装置实验操作实验现象结论及解释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万用电表(或发光二极管)相连，闭合K2。负极电极反应：正极电极反应：问题和讨论:列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理氢氧燃料电池电解水能量装置电极反应式电子流向离子流向反应类型问题和讨论:列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理氢氧燃料电池电解水能量装置电极反应式电子流向离子流向反应类型联系实际燃料电池城市客车燃料电池和“超级电容”混合动力客车燃料电池的供电量易于调节，能适应电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景。为什么燃料电池的供电量易于调节？为什么它不需要很长的充电时间？@信息搜索：同学们能否通过网络、书籍等渠道，调查了解燃料电池的性能、构成、特点、应用范围及发展历史，并结合燃料电池的发展前景，谈谈你对研发新型电池意义的理解。随堂练习1．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是（）A．a电极是负极，该电极上发生氧化反应B．b极反应是O2+4OH--4e-=4H2OC．总反应方程式为2H2+O2=2H2OD．使用过程中电解质溶液的pH逐渐减小随堂练习2．燃料电池是燃料跟氧气（或空气）起反应将化学能转变为电能的装置。下列关于甲烷燃料电池（电解质溶液是强碱溶液）的说法正确的是（

）A．正极反应式：

B．负极反应式：

C．随着放电的进行，溶液中C(OH-)不变D．放电时溶液中的阳离子向负极移动随堂练习3．科技工作者利用催化剂和电化学原理还原

，使其转化为可被利用的燃料。如图所示装置就可以将CO2

转化为燃料CO。下列有关判断正确的是()A．该装置的电化学原理为电解原理，M电极发生氧化反应B．该装置工作时，N电极的电极反应为

C．质子由N电极区通过质子交换膜移向M电极区D．外电路中流过10mol电子，理论上可收集70g燃料随堂练习4．如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是（

）A．放电过程中，H+从正极区移向负极区B．正极每消耗1molMnO2有2mol

OH-迁移至负极C．微生物所在电极区放电时发生还原反应D．左边电极反应式为：MnO2+4H++2e﹣=Mn2++2H2O随堂练习5.科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_________。(2)此电池的正极发生的电极反应：________，负极发生的电极反应：________。(3)电解液中H+向___极移动，向外电路释放电子的电极是_____。(4)使用该燃料电池的另一个好处是________。随堂练习【答案】1.B2.A3.B4.D5.

（1）2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

（2）3O2+12H++12e-=6H2O2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+

正

负极

对环境无污染

素养目标1.理解燃料电池的工作原理,培养变化观念与平衡思想等核心素养。2.学会设计和制作氢氧燃料电池,培养科学态度与社会责任等核心素养。[原理梳理]用惰性电极电解水的原理为:2H2O2H2↑+O2↑,氢氧燃料电池工作原理为:2H2+O2===2H2O。[实验探究]【微思考】(1)用惰性电极电解硫酸钠溶液时,为何实质上是电解水?(2)用石墨电极电解硫酸钠溶液时,滴加酚酞有何现象?提示

(1)用惰性电极电解硫酸钠溶液时,阳离子放电顺序为H+>Na+,H+在阴极得电子生成氢气,而阴离子放电顺序为OH->,OH-在阳极上失电子生成O2,故实际是电解水。(2)用石墨电极电解硫酸钠溶液时,阴极是水电离出的H+放电生成氢气,电极附近OH-浓度增大,阴极溶液呈碱性,使酚酞变红。[实验反思]1.实验注意事项:电解水时,选用硫酸钠溶液而不用蒸馏水,原因是硫酸钠溶液的导电性好,电解效率高。2.【微思考】氢氧燃料电池的优点有哪些?提示

氢氧燃料电池放电容量大,且产物是水,无污染。

随堂检测1.一种新型燃料电池,它以多孔镍板为电极,两电极插入KOH溶液中,向两极分别通入乙烷和氧气,其电极反应式为C2H6+18OH--14e-===2+12H2O,2H2O+O2+4e-

===4OH-。有关此电池的推断正确的是(

)A.电池工作过程中,溶液的pH逐渐减小B.正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为2∶7C.通入乙烷的电极为正极D.电解质溶液中的OH-向正极移动答案

A解析

电池总反应为2C2H6+7O2+8OH-===4+10H2O,故电池工作过程中,溶液的pH逐渐减小,A项正确;正、负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2,B项错误;通入乙烷的电极为负极,C项错误;电解质溶液中的OH-向负极移动,D项错误。2.瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述中正确的是(

)A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极aB.电极b是正极,O2-由电极a流向电极bC.电极a的电极反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2OD.当固体电解质中有1molO2-通过时,转移4mol电子答案

C解析

电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,A错误;电极b中氧气得电子,生成O2-,故O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B错误;甲烷所在的电极a为负极,电极反应为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O,C正确;1

mol

O2得4

mol电子生成2

mol

O2-,故当固体电解质中有1

mol

O2-通过时,转移2

mol电子,D错误。3.(2020山东东营高二月考)氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700℃),具有效率高、噪音低、无污染、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(

)A.电池工作时,熔融碳酸盐只起到导电的作用B.负极反应为H2-2e-+

===CO2+H2OC.该电池可利用工厂中排出的CO2,减少温室气体的排放D.电池工作时,外电路中流过0.2mol电子,消耗3.2gO2答案

B4.一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。回答下列问题:已知:电池放电时发生反应的化学方程式为2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O。(1)该电池的正极上发生的电极反应是

;负极上发生的反应电极是

。

(2)电解液中的H+向

(填“正”或“负”,下同)极移动;向外电路释放电子的电极是

极。

(3)与直接燃烧燃料产生电力相比,使用燃料电池产