4.1.3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

该高中化学课件聚焦燃料电池，系统讲解其概念、工作原理及电极反应式书写，以北京冬奥会氢燃料电池车为导入，衔接原电池知识，通过表格对比不同电解质下的反应构建学习支架。 其亮点在于结合真实情境与科技前沿，通过对比分析和步骤化书写方法培养科学思维与科学态度，如氢氧燃料电池在酸碱介质中的反应对比，帮助学生理解化学观念，教师可高效开展教学。

第四章 第一节 原电池 燃料电池 学科：化学 年级：高二 1.了解常见的氢氧燃料电池的种类，能正确书写电极反应式。 2.了解气体燃料电池的工作原理。 学习目标 2 2022北京冬奥会的成功举办，不但给全世界留下了精彩纷呈的冰雪记忆，也创造了多项令人激动的世界“首次”。对于城市文化而言，北京市由此成为世界上的首座双奥之城，而对于汽车行业来说，北京冬奥则成为世界奥林匹克历史上，首次大规模应用新能源车型(氢燃料电池车) 的一届盛会。 燃料电池是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 燃料电池 特点2：电池内部的电极材料和离子导体在工作过程中不发生改变，使燃料电池可以持续工作 特点1：燃料和氧化剂连续的由外部供给，生成物不断地被排出，可以连续不断地提供电能 燃料电池的特点 一、常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 1.燃料电池的概念 燃料电池是一种连续地将 和 的化学能直接转化为 的化学电源。 2.燃料电池的特点 (1)工作时， 和 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 (>80%)，排放的废弃物 。 燃料 氧化剂 电能 燃料 氧化剂 高 少 5 一、常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 3.氢氧燃料电池 (1)基本构造 6 一、常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 3.氢氧燃料电池 以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 氢氧燃料电池工作原理示意图 正极 总反应 H2 O2 电解质溶液呈酸性(H2SO4) (吸附效果更好) (pH↓) (pH↑) H2-2e-===2H+ O2+4e-+4H+===2H2O 2H2+O2===2H2O 7 一、常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 3.氢氧燃料电池 以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂作电极材料 负极 氢氧燃料电池工作原理示意图 正极 总反应 H2 O2 (吸附效果更好) 2H2+O2===2H2O 电解质溶液呈碱性(KOH) (pH↓) (pH↑) H2-2e-+2OH-===2H2O O2+4e-+2H2O===4OH- 8 一、常见氢氧燃料电池的种类及工作原理 3.氢氧燃料电池 (2)工作原理   酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 _____________ ____________________ 正极反应 ___________________ _____________________ 总反应 ________________ H2-2e-===2H+ H2-2e-+2OH-===2H2O O2+4e-+4H+===2H2O O2+4e-+2H2O===4OH- 2H2+O2===2H2O 9 思考 1.下面为3种燃料电池的工作原理示意图。 (1)A中，电池内部传导的离子是　　，负极的电极反应式为　　　 　　　　。 (2)B中，电池内部传导的离子是　　，正极的电极反应式为　　　　 　　　。 (3)C中，电池内部传导的离子是　　 ，正极的电极反应式为______________ ___________。 O2- H2-2e-+O2-===H2O H+ O2+4e-+4H+===2H2O C ===2C O2+4e-+2CO2 燃料电池具有广阔的发展前景。除了氢气，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体均可作燃料电池的燃料。燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80％，远高于转化率仅30％ 多的火力发电，大大提高了能源的利用率。 甲烷 (CH4) 肼(N2H4) 甲醇(CH3OH) 氨(NH3) 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：　 　　　。  CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+ O2+4H++4e-===2H2O 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：　　　 　。  CH4+10OH--8e-===C+7H2O O2+2H2O+4e-===4OH- CH4+2O2+2OH-===C+3H2O 12 固体氧化物燃料电池 固体氧化物燃料电池采用固体氧化物为电解质(ZrO2/Y2O3)。固体氧化物在高温下具有传递O2-的能力，在电池中起传递O2-和分离燃料和氧化剂的作用。 2.一种固体电解质燃料电池的构造如图所示。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：　　　　 。  CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O O2+4e-===2O2- CH4+2O2===CO2+2H2O 熔融碳酸燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。 DALUHUAXUEGOGNZUOSHI 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。  (2)C向电极　 　移动。  (3)电极A上CO参与的电极反应为 ____________________。  B A CO-2e-+C===2CO2 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 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； 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-===2C。 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。 2CH3OH＋3O2=2CO2 ↑ ＋4H2O 甲醇—燃料电池 碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液) 正极 CH3OH－6e-＋8OH- = CO32-＋6H2O 2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O O2＋4e-＋2H2O = 4OH- 负极 酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液) 正极 CH3OH－6e-＋H2O=6H+＋CO2↑ O2＋4e-＋4H+=2H2O 负极 肼(联氨)—燃料电池 碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液) 正极 O2＋4e-＋2H2O = 4OH- 负极 酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液) 正极 O2＋4e-＋4H+=2H2O 负极 N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O N2H4 + 4OH- － 4e-= N2 ↑ + 4H2O N2H4 － 4e- = N2 ↑+4H+ N2H4 + O2= N2 ↑ + 2H2O 氨—燃料电池 碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液) 正极 O2＋4e-＋2H2O = 4OH- 负极 2NH3+6OH-－6e- = N2+6H2O 4NH3+3O2═2N2+6H2O 氨气为碱性气体，易与酸反应，故电解质溶液应呈碱性 引领电池技术革新的薄型柔性电池 柔性电池是一种可以弯曲和扭曲的电池。相比传统的刚性电池，柔性电池在设计和使用上提供了更多的灵活性，可应用于医疗设备、生物医学传感器、柔性显示器和智能手表等。 柔性电池的制作材料和技术各不相同，常见的包括锂离子电池、固态电池、有机电池等。这些电池通常由薄膜材料构成，可通过印刷、涂布、挤出等方法制造。 $