4.1.3 燃料电池-【精讲课】2024-2025学年高二化学同步教学优质课件（人教版2019选择性必修1）

第3课时 燃料电池 第四章 第一节 化学反应与电能 四川省双流棠湖中学 海棠化学备课组 1.通过阅读教材，知道燃料电池的概念、特点等，提升自主阅读与信息提取能力； 2.通过分析氢氧燃料电池的工作原理，建立起燃料电池分析思路，提升模型建构能力； 3.运用燃料电池分析思路，分析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，并能用电极反应表示其中发生的化学反应，体会变化与守恒思想。 核心素养学习目标 电解水可得到氢气和氧气，这是由电能直接转化为化学能的过程。按照能量守恒推测，氢气与氧气反应由化学能转化为电能的过程也可能实现。这一过程能否实现呢? 是怎样发生的呢? 创设情境 任务一 分析常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 【阅读思考】阅读教材p100，思考下列问题。 【问题1】燃料电池的概念。 【问题2】分析氢氧燃料电池的构造，在右图中标出正负极，以及电子的流向。 【问题3】分析氢氧燃料电池的工作原理，完成下列表格。 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。   酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 正极反应 总反应 2H2－4e－===4H＋ H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 【阅读思考】阅读教材p100，思考下列问题。 【问题4】燃料电池的优点有哪些？ 任务一 分析常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 (1)工作时，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%)，有利于节约能源。 (3)排放的废弃物少，绿色环保。 1.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”)。 (2)b极发生的电极反应式是_______________________。 (3)标准状况下，消耗11.2 L H2时，转移的电子数为________________。 a O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 6.02×1023(或NA) 负极 正极 2H2 － 4e－＋4OH－===4H2O 2 mol 4 mol 0.5 mol 【评价训练】 任务一 分析常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 电池内部传导的离子 电极反应式 负极 正极 A B C O2－ 2H2－4e－＋2O2－==2H2O H＋ O2＋4e－＋4H＋==2H2O C O2＋4e－＋2CO2==2C 任务一 分析常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 【举一反三】下面为3种燃料电池的工作原理示意图，完成下列填空。 H2－4e－==4H+ H2－4e－==4H+ O2＋4e－== 2O2- 任务二 分析其他常见燃料电池的工作原理 【思考讨论】甲烷燃料电池成本远低于以氢气为燃料的传统燃料电池。试写出甲烷分别在酸性、碱性介质中的总反应式以及电极反应式。 介质 反应方程式  酸性电解质 总反应  酸性电解质 负极 正极  碱性电解质 总反应  碱性电解质 负极 正极 2CH4＋2O2 ═══ CO2 + 2H2O 2CH4＋2O2 +2OH- ═══ CO32- + 3H2O 2CH4 – 8e- +2H2O ═══ CO2 + 8H+ 2O2 + 8e- + 8H+ ═══ 4H2O CH4 – 8e- +10OH- ═══ CO32- + 7H2O 2O2 + 8e- + 4H2O ═══ 8OH- 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C 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 任务二 分析其他常见燃料电池的工作原理 【思考交流】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－。 固体电解质燃料电池 正极反应式 负极反应式 总反应式 CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O O2＋4e－===2O2－ CH4＋2O2===CO2＋2H2O 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 任务二 分析其他常见燃料电池的工作原理 【思考交流】工作原理示意如图所示。 (1)电池工作时，外电路上电流方向应从电极___(填“A”或“B”，下同)流向用电器。 (2) C向电极___移动 熔融碳酸盐燃料电池 正极反应式 负极反应式 总反应式 B A CO－2e－＋C===2CO2 2CO＋O2===2CO2 O2＋4e－＋2CO2===2C 任务一 ，通过回顾研究无机物性质的模型，引导学生迁移分析，解决复杂问题，培养学生模型认知的化学学科素养。 任务二 分析其他常见燃料电池的工作原理 燃料电池电极反应式书写的方法 第一步：写出燃料电池反应的总反应式 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 一般为氧气得电子，介质不同反应式不同，如： 酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； 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－； 第三步：根据总反应和正极反应式，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。 归纳总结 1.常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 甲烷燃料电池 燃料电池的概念 氢氧燃料电池 2.其他常见燃料电池的工作原理 固体电解质燃料电池 燃料电池的特点 本课结束 今日作业 第四章 第一节 第3课时 燃料电池 $$