4.1 第3课时 化学电源——燃料电池(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册配套课件（人教版）

第一节 原电池 1 第3课时 化学电源——燃料电池 2 学习任务 化学电源——燃料电池 ◆ 新课探究 ◆ 课堂评价 ◆ 课后习题 3 学习任务 化学电源——燃料电池 【课前自主预习】 燃料电池 (1)燃料电池：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。 新 课 探 究 4 (2)氢氧燃料电池 新 课 探 究 5 电解质溶液 稀硫酸 溶液 负极反应 _________________ ________________________ _ 正极反应 ______________________ __ ________________________ ___ 总反应 新 课 探 究 6 (3)燃料电池的优点 ①将化学能转化为电能的转化率较高，大大提高了能源的利用率。 ②污染物少排放甚至零排放。 (4)燃料电池常用的燃料 、、烃(如、)、醇(如)、肼 等。 (5)燃料电池常用的电解质 ①酸性电解质溶液，如 溶液； ②碱性电解质溶液，如 溶液； ③熔融氧化物； ④熔融碳酸盐，如熔融 。 新 课 探 究 7 (6)解答燃料电池题目的思维模型 新 课 探 究 8 【知识迁移应用】 例1 [2026·河北保定部分学校高二联考] 乙醇是一种无毒且可再生的能源。直 接乙醇燃料电池一度引起人们的研究 兴趣，其装置如图所示。下列说法错 误的是( ) A.该装置工作时电子由极流出经电解液流向 极 B.极的电极反应式为 C.该装置工作一段时间后， 溶液的浓度降低 D.空气中的氧气在正极被消耗，故废气中主要含 √ 新 课 探 究 9 [解析] 通入乙醇的 电极为负极，结合 电解质溶液为 溶液，电解质溶液呈 碱性，负极电极反应式为 ； 通入空气的 电极为正极，正极电极反应式为 , 据此回答。电子只能通过外电路传导，不能在电解液中移动，电解液中 离子定向移动，电子由 极流出经用电器流向 极，A错误； 新 课 探 究 10 [解析] 根据分析可知，B正确； ，反应消耗且生成 ，导致 浓度降低，C正确； 空气中氧气在正极被消耗，剩余气体为(占空气体积约 )，D正确。 新 课 探 究 例2 以溶液为离子导体，分别组成、 、 清洁燃料电池，下列说法正确的是( ) A.放电过程中， 均向负极移动 B.放电过程中， 物质的量均减小 C.消耗等质量燃料， 燃料电池的理论放电量最大 D.消耗时，理论上 燃料电池气体产物的体积在标 准状况下为 √ 新 课 探 究 12 [解析] 碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为 ； 清洁燃料电池总反应为； 偏二甲肼 中C和的化合价均为价，元素化合价为 价，所以 根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为 。放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动， A错误； 新 课 探 究 13 [解析] 根据上述分析可知， 清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反 应中未消耗，所以 的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知， 的物质的量减小，B错误； 理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为， 则甲醇、 和放电量(物质的量表达式)分别是 、 、，通过比较可知 理论放电量最大，C正确； 根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗时，生成的物质的量为， 在标准状况下为 ，D错误。 新 课 探 究 例3 固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆-氧化钇为电解质，这种固 体电解质在高温下允许氧离子 在其间通过。该电池的工作原理 如图所示，其中多孔电极、 均不参与电极反应。下列判断正确的 是( ) 新 课 探 究 15 A.有参加反应的电极 为电池的负极 B.电极的电极反应式为 C.电极的电极反应式为 D.该电池的总反应式为 √ 新 课 探 究 16 [解析] 因为外电路中电子从电极流向电极，所以电极 为负极， 在该极发生氧化反应；电极为正极， 在该极发生还原反应。 由此推断该原电池负极的电极反应式为 ，正 极的电极反应式为 ，则电池总反应式为 。 新 课 探 究 17 ［归纳总结］燃料电池电极反应式的书写 负极为燃料失电子发生氧化反应，正极为助燃剂得电子发生还原反应。 第一步写总反应。烃或烃的含氧衍生物等其他燃料与助燃剂作用生 成稳定产物，C通常对应<m></m>或<m></m>。 新 课 探 究 18 第二步写正极反应式。 ①酸性溶液： ， ②碱性介质： ， ③允许存在的高温固体： ， ④熔融碳酸盐： 。 第三步写负极反应式。用总反应减去正极反应式并消去助燃剂等并 配平即为负极反应式。 新 课 探 究 19 1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中, 从正极区向负 极区迁移( ) × [解析] 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池,放电过程中, 从负极区 向正极区迁移。 (2)氢氧燃料电池可将热能直接转化为电能( ) × [解析] 氢氧燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,不能 将热能直接转化为电能。 课 堂 评 价 20 (3)氢氧燃料电池工作时氧气在正极被还原( ) √ (4)燃料电池在常温下无法反应( ) × [解析] 燃料电池是利用燃烧原理来设计的燃料电池，大多数是在常 温条件可以反应的。 (5)燃料电池中，燃料在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反 应( ) √ 课 堂 评 价 21 2.氨气是一种重要的化工原料，工业合成氨反应为 ，将上述合成氨反 应设计成燃料电池，工作原理如图所示，下列说法错误的是( ) A. 电极为正极，发生还原反应 B.A溶液中所含溶质为 ，可 用蒸发结晶的方法分离出A C. 电极发生的反应为 D.导线中电流方向为 √ 课 堂 评 价 22 [解析] 由图可知，通入氮气的 电极为燃料 电池的正极，酸性条件下氮气在正极得到电 子发生还原反应生成铵根离子，通入氢气的 电极为负极，氢气在负极失去电子发生氧化 反应生成氢离子，放电得到的A溶液为氯化铵溶液，氯化铵浓溶液经冷 却结晶、过滤得到氯化铵和可以循环使用的氯化铵稀溶液。由分析可知， 通入氮气的 电极为燃料电池的正极，酸性条件下氮气在正极得到电子 发生还原反应生成铵根离子，故A正确； 课 堂 评 价 23 [解析]氯化铵受热易分解，不能用蒸发结晶 的方法分离得到，应用冷却结晶、过滤的 方法得到氯化铵，故B错误； 由分析可知， 电极的电极反应式为 ，故C正确； 由分析可知，通入氮气的 电极为燃料电池的正极，通入氢气的 电极 为负极，则导线中电流方向为 ，故D正确。 课 堂 评 价 3.微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成 电能的装置。某污水处理厂利用微生物燃料电池处理含铬废水的工 作原理如图所示。下列说法错误的是( ) A.电池工作时 极发生氧化反应 B.与 也可直接反应 C.电池工作一段时间后，右边溶液的 酸性增强 D.极的电极反应式为 √ 课 堂 评 价 25 [解析] 原电池中氢离子向正极移动，由图 可知， 极为正极，发生还原反应，电极 反应式为 ， 与水反应生成同时生成， 若电路中转移 电子，则有从左池进入右池，而正极反应 中消耗 ，综合分析右池减少，浓度降低； 极为 负极，甲醇发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为 。 课 堂 评 价 26 [解析] 由分析可 知，电池工作时 极发生氧化反应，A正确； 自发的氧化还原反应可以设计成原电池，故与 也可直接 反应，B正确； 由分析可知，右池浓度降低，酸性变弱，C错误； 极为负极，甲醇发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为 ，D正确。 课 堂 评 价 4.2023杭州亚运会赛区内使用氢燃料清洁能源车 辆，这种车辆利用原电池原理提供清洁电能， 某氢氧燃料电池工作原理如图所示。下列说法 正确的是( ) A.电极 为电池的正极 B.电池工作过程中， 向负极迁移 C.电极表面反应为 D.氢氧燃料电池中正极消耗 (标准状况)气体时，电路中通过的 电子为 √ 课 堂 评 价 28 课后习题 29 [解析] 由图可知，电极 为负极，电极反应式为 ，电极 为正极，电极反应式为 ，据此作答。电极上氢气失电子，电极 为负极， 故A错误； 原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，移向正极，故B错误； 由分析可知，电极 为正极，电极反应式为，故C正确； 标准状况下 气体的物质的量为，结合选项C分析可知，正极消耗 ， 电路中通过的电子为 ，故D错误。 课 堂 评 价 30 学习任务 化学电源——燃料电池 1.熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷 电极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金 属碳酸盐)隔膜、多孔金属 电极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池 的正极反应为 ，下列有关说法中错误的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 31 A.该电池较高的工作温度加快了正、负极的反应速率 B.该类电池的不能用、 等替代 C.该电池工作时，要避免、 的接触 D.放电时，负极反应式为 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 32 [解析] 该燃料电池中，通入氢气的电极是 负极，通入氧气的电极是正极，负极反应 式为 ，正极 反应式为 ，放电时，电解质中阴离子向负极 移动，阳离子向正极移动。升高温度能加快离子移动，该电池较高的工 作温度加快了正、负极的反应速率，故A正确； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 33 [解析] 、为还原性物质，能在负极发生氧化反应，该类电池 的 可以用、等替代，故B错误； 、 混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免 、 的接触，防止爆炸，产生安全事故，故C正确； 放电时，氢气失电子发生氧化反应，负极反应式为 ，故D正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 34 2.微生物燃料电池耦合人工湿地 系统可用于生产、生活 废水处理并提供电能，系统内产电微生物由根沉积物和废水提供， 其原理如图所示： 下列有关叙述正确的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 35 A. 系统中电子由A极流向B极 B.A极发生氧化反应 C.若电路中转移，则A极消耗 D.B极反应式为 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 36 [解析] 由 移向A极可知，A极为正极，B极为负极。在原电池中， 电子由负极极经导线流向正极极 ，A错误； A极为正极，发生还原反应，B错误； 没有说明是标准状况，无法计算，C错误； B极的电极反应式为 ，D正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 37 3.直接过氧化氢燃料电池是一种以 作为燃料和氧化剂的 新型液态燃料电池，能在无氧环境下工作，可作为空间站和水下使 用的电源，其工作原理如图所示(正、负极电极均为石墨电极)。下列 说法错误的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 38 A.离子交换膜1、2分别为阴、阳离子交换膜 B.右侧石墨电极为正极 C.左侧石墨电极的电极反应式为 D.当中间室溶液质量减轻时，左侧产生气体的体积为 (标准状况) √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 39 [解析] 由图可知，燃料电池工作时，中间室中硫酸根离子通过阴离子交换膜进 入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右室，则左侧电极为负极，碱性条件下 过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，右侧电极为正极，酸性 条件下过氧化氢在正极得到电子发生还原反应生成水。由分析可知，离子交换 膜1、2分别为阴、阳离子交换膜，故A正确； 右侧石墨电极为燃料电池的正极，故B正确； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 40 [解析]左侧电极为负极，碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成 氧气和水，电极反应式为 ，故C正确； 硫酸根离子通过阴离子交换膜进入左室、钾离子通过阳离子交换膜进入右室， 则中间室溶液减轻质量为硫酸钾的质量，由得失电子数目守恒可知，中间室溶液 质量减轻 时，左侧产生标准状况下氧气的体积为 ，故D错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 4.[2025·湖北武汉高二期末]二氧化硫作为空气的一种主要污染物， 消除其污染势在必行。二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池实现了制 硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确 的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 42 A.该电池放电时电子从电极经过外电路流向 电极 B. 电极是正极 C.电极附近发生的反应为 D.相同条件下，放电过程中消耗的和的体积比为 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 43 [解析] 该电池为原电池，在 电极二氧化 硫失电子生成硫酸， 是负极，电极反应 式为 ； 在电极氧气得电子生成水， 是正极，电极反应式为 。电池总反应为。是 负极、 是正极，该电池放电时电子从负极经外电路流向正极，故从 电极经过外电路流向 电极，A错误； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 44 [解析]由分析可知， 是正极， 电极氧气得电子生成水，电极反应为 ，C正确； 总反应为二氧化硫和氧气、水反应生成硫酸，反应方程式为 ，相同条件下，放电过程中消耗的和的体积比为 ，D错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 45 5.[2026·河北唐山一中高二月考]一种双阴极微生物燃料电池的装置 如图所示(燃料为 )。下列说法不正确的是( ) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 46 A.放电时， 通过质子交换膜1向左移动， 同时通过质子交换膜2向右移动 B.电池工作时，电极 的电极反应式为 C.“出水”与“进水”相比，“缺氧阴极”区域溶液 增大 D.电极若流出电子，该区域“出水”比“进水”减轻了 (假设气体全部逸出) √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 47 [解析] 在原电池中，阳离子 会向正极移动，阴离子会向负极移动。根据图 示，质子交换膜1和质子交换膜2分别位于两个不同的区域。在放电过程中，会 从负极区向正极区移动，即 通过质子交换膜1向左移动，同时通过质子交换膜 2向右移动，A正确。 电极 是厌氧阳极，甲醇在 电极失去电子发生氧化反应，生成二氧化碳 和氢离子，电极 处的电极反应式为 ， B正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 48 [解析]在缺氧阴极区域，硝酸根离子 ，假设转移 ，有 通过质子交换膜向左迁移，该电极反应还需额外消耗氢离 子，导致附近溶液的酸性减弱，该区域溶液的 增大，C正确。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 [解析]电极处的反应式为，若电 极 流出电子，参与反应的 的物质的量为 ，根据C、 元素守恒可知反应生成 ，其质量为，同时产生， 移向正极， 其质量为，故电极总质量减轻为 ，D错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 6.[2026·辽宁辽西重点高中高二联考] 硫及其化合物在现代生产和生 活中发挥着重要作用。、均为有毒气体，对、 废气的 资源化利用是目前的研究热点。如图甲为质子膜 燃料电池的示意 图，图乙为利用原电池原理处理 的示意图。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 51 (1)根据图甲，回答下列问题： ①电池负极电极反应式为_______________________。 [解析] 由原电池总反应得出电极 为电池负 极，失电子被氧化为 ，因此负极电极反应式为 。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 52 ②处理，理论上需要消耗的体积为____ (标准状况)。 5.6 [解析] 根据图示，原电池总反应为 ， 的物质的量为，消耗需要 ， 标准状况下体积为 。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 53 (2)根据图乙，回答下列问题： ①电池负极电极反应式为_______________________________。 [解析] 电池负极发生失电子被氧化为 的反应，电极反应式 为 。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 54 ②当电路中通过电子时，有___ 经质子膜进入正极区。 8 [解析] 当电路中通过电子时，有 经质子膜进入正极区。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 55 (3)我国科研人员将单独脱除 的反应与 的制备反应相结合，实现协同转化。协 同转化装置如图所示。在电场作用下，双极 膜中间层的解离为和 ，并向两极 迁移。下列分析错误的是____。 .双极膜的侧应为阴离子交换膜， 侧为阳离子交换膜 .每脱除标准状况下的，双极膜处有的 解离 .反应过程中不需补加稀 .协同转化的总反应为 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 56 [解析] 该装置为原电池，根据图中电极 上物质的变化情况可知，左侧电极为负 极，右侧电极为正极。原电池工作时， 阴离子移向负极，阳离子移向正极，双 极膜的侧应为阴离子交换膜， 侧为阳 离子交换膜，正确； 每脱除标准状况下的，即 时，转移电子， 双极膜处有的解离， 错误； 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 57 [解析]根据可知，右侧消耗的量等于迁移 过来 的量，硫酸的总量不变，故反应过程中不需补加稀， 正确； 负极反应式为 ，正极反应式为 ,双极膜中解离： ， 则协同转化总反应为 ， 错误。 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 $