1.2　第3课时　常见化学电源(二)——形形色色的燃料电池 课件(共21张PPT)-高中化学鲁科版选择性必修第一册

(共21张PPT)
第3课时　常见化学电源(二)——
形形色色的燃料电池
第1章　第2节　
1.理解常见的氢氧燃料电池的工作原理，并能设计简易氢氧燃料电池(重点)。
2.会书写不同介质条件下，其他燃料电池的电极反应(重、难点)。
学习目标
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。
制作简易氢氧燃料电
池，并分析其工作原理
一
1.燃料电池的概念
一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化
为电能的化学电源。
2.燃料电池的特点
燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极
上进行反应，生成物不断地被排出。
(2) 能量转换率高(>80%)，排放的废弃物少。
可共选择的燃料很多，如氢气、烃类、肼、甲醇、氨、煤气等液态或气态燃料。
3.制作简易氢氧燃料电池
设计如表中的装置图，试管A、B中的电极为多孔的石墨惰性电极
实验操作：闭合K1，断开K2，通入电流，电解水，制作H2和O2。
电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，切断K1，闭合K2
结论：H2和O2发生原电池反应产生电流
增强导电性
O2
H2
体积大
指针偏转,两试管中气体体积逐渐减小
分析该氢氧燃料电池的工作原理：
电池反应：2H2＋O2===2H2O；
负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O；
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；
离子导体：KOH溶液。
氢氧燃料电池的工作原理
思考交流
1.氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应
分析下面3种氢氧燃料电池的工作原理示意图，完成表格内容。
思考交流
装置 电池反应：2H2＋O2===2H2O 传导离子
A 负极 _________________________ ____
正极 _________________
B 负极 __________________ ____
正极 ________________________
C 负极 ______________________________ _____
正极 ________________________
2H2－4e－＋2O2－===2H2O
O2＋4e－===2O2－
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
H＋
O2－
思考交流
2.燃料电池是目前电池研究的热点之一。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。
(1)负极是____(填“a”或“b”)。
a
(2)b极的电极反应式是________________________。
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
O2得电子结合水生成氢氧根离子
(3)标准状况下，消耗11.2 L H2时，转移的电子数为________________。
6.02×1023(或NA)
常见有机物燃料电池、熔融氧化物
(盐)燃料电池的种类及工作原理
二
1.甲烷燃料电池成本远低于以氢气为燃料的传统燃料电池。
(1)在酸性介质中
负极反应式：______________________；
正极反应式：______________________；
总反应式：________________________。
答案　CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2)在碱性(KOH溶液)介质中
负极反应式： ；
正极反应式： ；
总反应式： 。
归纳总结
在酸性介质和碱性介质中甲烷燃料电池的总反应不同
酸性条件下，＋4价碳元素全部转化为CO2；
碱性条件下，＋4价碳元素全部转化为 。
2.一种固体电解质燃料电池的构造示意图如图所示。该电池以稀土金属材料作电极，两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导O2－。
负极反应式：__________________；
正极反应式：__________________；
总反应式：____________________。
答案　CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
3.一种熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图所示。
(1)电池工作时，外电路上电流的方向应从电极____(填“A”或“B”，下同)流向用电器。
(3)电极A上CO参与的电极反应为_______________________。
答案　A　
答案　B
(2) 向电极____移动。
答案　CO－2e－＋ ===2CO2
归纳总结
燃料电池电极反应式书写的方法
第一步：写出燃料电池的总反应式
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。
第二步：写出电池的正极反应式
正极反应物一般为氧气得电子，介质不同时其电极反应式有所不同，如：
酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
归纳总结
碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－；
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－=== 。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式。电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
1
2
3
自我测试
1.氢氧燃料电池具有绿色环保和高效等特点，某种氢氧燃料电池的结构示意图如图，该电池工作时
A.a处通入O2
B.甲电极为负极
C.将电能转化为化学能
D.正极反应式为H2－2e－===2H＋
√
H2
O2
失电子,发生氧化反应
负极
得电子,发生还原反应
正极
化学能转化为电能
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
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自我测试
2.某学习小组以肼(N2H4)为原料设计了一种燃料电池，构造如图所示：
其中两个电极均为铂电极，电池的总反应方程式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列说法错误的是
A.通入N2H4的一极是电池的负极
B.通入O2的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C.电池工作一段时间后电解质溶液的pH将变大
D.若消耗16 g N2H4，则理论上转移2 mol电子
√
得电子
正极
n(OH－)不变，但水的质量增加，则c(OH－)减小，pH将变小
N2H4 ～ 4e-
0.5 mol
0.5 mol 2 mol
3.如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测，下列说法不正确的是
A.电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极
B.O2所在的铂电极处发生还原反应
C.该电池的负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量
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自我测试
√
乙醇失电子氧化反应
氧气得电子
还原反应
CH3CH2OH－4e－＋H2O===4H＋＋CH3COOH