高二 人教版 化學(xué)選擇性必修1 第四章《第一節(jié) 第3課時 燃料電池》課件

第一節(jié)

第3課時

燃料電池高二—人教版—化學(xué)選擇性必修1—第四章

學(xué)習(xí)目標1.

能分析氫氧燃料電池的工作原理。2.能運用原電池的思維模型，分析常見燃料電池的工作原理。3.能說出燃料電池在解決能源危機和保護生態(tài)環(huán)境的重要作用。第一節(jié)

第3課時

燃料電池【環(huán)節(jié)一】氫氧燃料電池的引入【環(huán)節(jié)一】氫氧燃料電池的引入【思考】請根據(jù)原電池的思維模型和氧化還原反應(yīng)的知識，判斷氫氧燃料電池中，氫氣和氧氣分別通入正極區(qū)還是負極區(qū)？【環(huán)節(jié)二】酸性條件下的氫氧燃料電池工作原理2H2

+

O2

=2H2O00+1-2H2O2

H2－2e-=2H+O2+4H++4e-

=2H2OO2+4e-→2O2-不穩(wěn)定存在

2O2-+4H+→2H2O負極區(qū)負極材料：通入氣體：電子流向：電子導(dǎo)體:離子導(dǎo)體：負極反應(yīng)：【任務(wù)一】請根據(jù)氫氧燃料電池裝置示意圖，判斷以下內(nèi)容：正極區(qū)正極材料：通入氣體：電子流向：正極反應(yīng)：Pt電極H2電子流出導(dǎo)線質(zhì)子交換膜電解質(zhì)溶液質(zhì)子交換膜作用:負極的H+→正極Pt電極O2電子流入總：2H2

+

O2

=2H2O負極：2H2－4e-=4H+正極：O2+4H+

+

4e-

=2H2O電解質(zhì)：H2SO4溶液氫氧燃料電池①工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地分別由外部供給，在電極上不斷地進行反應(yīng)，生成物不斷地被排出。電池容量大。②連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。③電極材料本身不參與氧化還原反應(yīng)，有很強的催化活性。④能量轉(zhuǎn)化率高(＞80%)，污染物排放少，“綠色發(fā)電站”。特點【環(huán)節(jié)二】氫氧燃料電池工作原理總：CH4

+

2O2

=CO2+2H2O①

正極：2O2

+

8H+

+

8e-=4H2O

②

-40+4-2-2負極：CH4

+2H2O－8e-

=CO2

+8H+

①—②

【任務(wù)二】根據(jù)CH4

+

2O2

=CO2+2H2O，請結(jié)合原電池的思維模型和氧化還原的知識，嘗試寫出在酸性電解質(zhì)條件下(如H2SO4溶液)的正極、負極反應(yīng)式?！经h(huán)節(jié)三】甲烷燃料電池的工作原理CH4

+10OH-

－8e-

=CO32-

+7H2O①—②

【任務(wù)三】甲烷燃料電池在堿性電解質(zhì)（如KOH溶液）條件下的總反應(yīng)式：CH4

+

2O2

+

2OH-=CO32-

+3H2O，請結(jié)合原電池的思維模型和氧化還原的知識，嘗試寫出正極、負極反應(yīng)式?！经h(huán)節(jié)三】甲烷燃料電池的工作原理2O2

+

4H2O

+

8e-

=8OH-②

總：CH4

+

2O2

+

2OH-

=CO32-

+3H2O①

-40+4-2-2正極：負極：CH4

+4CO32-

－8e-

=5CO2

+2H2O①—②×2

【任務(wù)四】甲烷燃料電池在熔融鹽電解質(zhì)（熔融的K2CO3）條件下的總反應(yīng)式：CH4

+

2O2

=CO2

+2H2O，請結(jié)合原電池的思維模型和氧化還原的知識，嘗試寫出正極、負極反應(yīng)式?？偅篊H4

+

2O2

=CO2

+2H2O①

-40+4-2-2正極：負極：【環(huán)節(jié)三】甲烷燃料電池的工作原理O2

+2CO2

+4e-

=

2CO32-②

【任務(wù)五】甲烷燃料電池在固體電解質(zhì)（如氧化鋯ZrO2—氧化釔Y2O3，可傳導(dǎo)O2-）條件下的總反應(yīng)式：CH4

+

2O2

=CO2

+2H2O，請結(jié)合原電池的思維模型和氧化還原的知識，嘗試寫出正極、負極反應(yīng)式?？偅篊H4

+

2O2

=CO2

+2H2O①

-40+4-2-2負極：正極：O2+4e-=2O2-

②CH4

+4O2-

－8e-

=CO2

+2H2O①—②×2【環(huán)節(jié)三】甲烷燃料電池的工作原理電解質(zhì)體系平衡電荷的離子正極負極酸性溶液堿性溶液固體電解質(zhì)熔融碳酸鹽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堿性C→CO32-

【任務(wù)六】請總結(jié)燃料電池在酸性、堿性、熔融碳酸鹽和氧化物電解質(zhì)等四種不同的電解質(zhì)體系的正負極產(chǎn)物。O2+4H+

+4e-=2H2O酸性O(shè)2+2H2O+4e-=4OH-堿性O(shè)2+4e-=2O2-氧化物O2+CO2+4e-=2CO32-

熔融碳酸鹽

烴、醇、煤氣等燃料→CO2/CO32-肼、氨氣氫氧燃料電池的思維模型

總反應(yīng)：

H2N-NH2

+O?=N?↑+2H2O

①

正極：

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

②負極：

H2N-NH2

+

4OH-

－4e-=N2↑+4H2O

①—②-2-200-2肼燃料電池當電解質(zhì)為堿性或中性環(huán)境時：-2-200-2當電解質(zhì)為酸性環(huán)境時：總反應(yīng)：

H2N-NH2

+O2

=N2↑+2H2O

①正極：

O2

+

4H+

+

4e-

=

4H2O

②負極：

H2N-NH2－4e-

=

N2↑

+

4H+

①—②

一般是堿性環(huán)境下總反應(yīng):

4NH3

+

3O2

=

2N2

+

6H2O

①

正極:

3O2

+

12e-+

6H2O

=

12OH-

②

負極:

4NH3+

12OH-

－

12e-

=

2N2

+

12H2O

①—②

氨燃料電池-300-2連續(xù)提供電能轉(zhuǎn)化率超過80%污染物排放少綠色發(fā)電站烴、肼、醇、氨、煤氣等燃料【環(huán)節(jié)四】小結(jié)燃料電池的工作原理和優(yōu)點如何科學(xué)合理地使用電池？建議查閱資料，了解氫氧燃料電池、生物燃料電池等的特點和應(yīng)用前景，跟大家分享。經(jīng)驗分享謝謝觀看！第一節(jié)

第3課時

燃料電池答疑高二—人教版—化學(xué)選擇性必修1—第四章

1．如圖是氫氧燃料電池驅(qū)動LED發(fā)光的裝置示意圖。下列敘述正確的是A．該裝置將化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化為電能B．a(chǎn)處通入O2

C．b處為電池正極，發(fā)生還原反應(yīng)D．通入O2的電極上發(fā)生的電極反應(yīng)

式為O2＋4H＋＋4e-

=2H2O解析:正確選項C信息：電子流向

堿性電解質(zhì)該裝置化學(xué)能→電能→光能a極負極H2－2e-=2H+氧化反應(yīng)b極正極O2+2H2O+4e-=4OH-

還原反應(yīng)負極H2正極O2圖片來自網(wǎng)絡(luò)2．一種“全氫電池”工作原理如圖。

下列說法正確的是A．左邊吸附層中發(fā)生了還原反應(yīng)B．電池的總反應(yīng)為H++OH-=H2OC．正極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-=4OH-D．電解質(zhì)溶液中,Na+向左移動,ClO4-

向右移動

解析:正確選項B

信息：電子流向負極

H2—2e-=2H+氧化反應(yīng)

H++OH-=H2O

H2＋2OH-－2e-=2H2O①正極

2H++2e-=H2↑還原反應(yīng)

②總反應(yīng)：(①+②)/2

H++OH-=H2O陽離子移向正極，陰離子移向負極負極正極圖片來自網(wǎng)絡(luò)3．如圖是甲醇燃料電池的示意圖，總反應(yīng)式2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。下列說法中不正確的是

A.a處通入的是甲醇，電池負極B.每消耗3.2g氧氣轉(zhuǎn)移電子為0.4molC.正極反應(yīng)O2+2H2O+4e-

=4OH-D.負極反應(yīng)CH3OH+H2O?6e-

=CO2+6H+解析：正確選項C

信息：電子流向

酸性總反應(yīng)2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O①

b正極O2+4H++4e-=2H2O(O2-結(jié)合H+)②a負極

C