4.1 燃料电池 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学课件围绕“燃料电池”这一核心知识点展开，以中国氢能列车试运行导入，通过“概念认知—设计探究—反应书写—应用拓展”的逻辑链条构建学习支架，层层递进引导学生从宏观现象到微观本质理解电化学原理，实现知识迁移与能力提升。 其亮点在于深度融合科学思维与科学探究与实践，突出化学观念的建构过程。例如在氢氧燃料电池设计环节，学生通过对比不同离子导体环境下的电极反应式书写，运用符号、微观与宏观相结合的视角分析反应本质，培养证据推理与模型认知能力。同时，作业任务指向真实应用场景，强化绿色能源意识与社会责任感，既助力学生形成系统化知识结构，又为教师提供可操作性强的教学范式，有效提升课堂实效性。

中国氢能列车试运行 第四章 化学反应与电能 燃料电池 2 学习目标 1、通过自学课本内容，了解燃料电池概念与特点。 2、通过探究氢氧燃料电池方案，能形成分析燃料电池的一般方法。 3、能正确书写不同离子导体时相应的正、负极电极反应。(重难点) 4、了解燃料电池开发方向，形成绿色应用意识，增强社会责任感。 3 【阅读思考】阅读教材p100和p101，思考下列问题。 【问题1】燃料电池的概念。 一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源叫做燃料电池。 H2、CH4、C2H5OH等 O2等 环节一： 燃料电池概念与特点 通氧为正、通燃料为负 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和p101，思考下列问题。 【问题2】分析燃料电池的特点。 ② 燃料和氧化剂连续的由外部供给并在电极上反应； 生成物不断地被排出，可以连续不断地提供能。 ③ 能量转化率高(超过80%)，有利于节约能源。 ①电极材料本身不参与氧化还原反应， 只是一个催化转化元件，起传导电子的作用； 环节一： 燃料电池概念与特点 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。 （1）原电池构成条件 环节二： 设计氢氧燃料电池 知识回顾 两极、一液、一回路、一反应 （2）设计电池思路： 负极反应物 正极反应物 负极电极材料 正极电极材料 负极 正极 电子导体 离子导体 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。 环节二： 设计氢氧燃料电池 2H2+O2=2H2O 氢气比能量高 制作一个简单的燃料电池 实验目的 利用所给试剂和仪器设计装置并进行实验，通过该装置将下列反应产生的化学能转化为电能。 实验用品：稀硫酸、KOH 溶液、K2SO4 溶液，石墨棒、 烧杯、电流表，电源、导线 思考： ① 氢氧燃料电池，正、负极反应物分别是什么？如何获得这些物质？ ②哪些物质可以作氢氧燃料电池的电极材料？ 哪些物质可以作氢氧燃 料电池的离子导体？ 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。 环节二： 设计氢氧燃料电池 设计氢氧燃料电池 氢氧燃料电池原理： 2H2+O2=2H2O (1) 优化进气方式 操作简便、气体储存困难、电极吸附气体能力弱 电解水制H2和O2 吸附气体能力强、水可以循环利用 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。 环节二： 设计氢氧燃料电池 3、设计氢氧燃料电池 氢氧燃料电池原理： 2H2+O2=2H2O (2) 优化电极材料（高导电性、高催化活性、稳定性） 资料卡:1.铂、镍对燃料电池有催化作用，铂为惰性金属、镍为较活泼金属溶于酸 2.多孔石墨电极可以有效吸附H2和O2 电极材料选择： 正极、负极电极材料： 石墨电极、铂电极 增大接触面积、增大催化活性 多孔石墨电极为基底，表面负载铂催化剂 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。 环节二： 设计氢氧燃料电池 设计氢氧燃料电池 氢氧燃料电池原理： 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。 环节三： 氢氧燃料电池电极反应式书写 1、氢氧燃料电池—酸性环境 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极： 正极： 2H2 - 4e- ＝ 4H+ O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 分析得失电子 考虑环境 检查得失电子守恒、电荷守恒、质量守恒 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。 环节三： 氢氧燃料电池电极反应式书写 2、氢氧燃料电池—碱性环境 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极： 正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O 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。 环节三： 氢氧燃料电池电极反应式书写 3、氢氧燃料电池—固体氧化物介质 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极： 正极： 高温传导O2- O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 - 4e- +2O2－= 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。 环节三： 氢氧燃料电池电极反应式书写 4、氢氧燃料电池——熔融碳酸盐介质 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 正极： 负极： 熔融碳酸盐（能传导CO32—） 一极通入H2，一极通入空气和CO2混合气体，以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质。 O2+2CO2+4e-=2CO32- 2H2+2CO32--4e-=2CO2 +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。 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。 归纳·总结 燃料电池 熔融碳酸盐（能传导CO32—）：O2+2CO2+4e-=2CO32- 1．查阅相关资料，了解目前常见的燃料电池，以及它们的开发方向与应用 前景； 2、练习书写甲烷燃料电池、乙醇燃料电池分别在四种不同环境下(酸性、碱性、固体氧化物、熔融碳酸盐）的正负极电极反应式。 作业 第 ‹#› 页 下 课 啦 ~ $