資源簡介

(共20張PPT)
第一節(jié)　原電池
第3課時　常見化學電源(二)——形形色色的燃料電池
第四章　 化學反應與電能
空間站太陽能電池板
[學習目標]
1.了解常見的氫氧燃料電池的種類，能正確書寫電極反應式(重點)。
2.了解氣體燃料電池的工作原理(難點)。
化學 必修第一冊 人民教育出版社
化學 必修第二冊 人民教育出版社
新課導入
電解水可得到氫氣和氧氣，依據(jù)能量守恒推測：氫氣與氧氣反應
由化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程也可能實現(xiàn)。這一過程能否實現(xiàn)呢
是怎樣發(fā)生的呢
視頻導學
一、常見氫氧燃料電池的種類及工作原理
1.燃料電池的概念
一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學電源。
2.燃料電池的特點
(1)工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應，
生成物不斷地被排出。
(2)能量轉(zhuǎn)換率高(>80%)，排放的廢棄物少。
工作原理
(1)電極:所用電極一般為惰性電極。
負極:H2、烴、甲醇、肼均可作燃料, 失電子發(fā)生氧化反應;
正極:空氣或O2作氧化劑得到電子;
電子沿導線連續(xù)不斷地把燃料和氧化劑中的化學能轉(zhuǎn)化為電能。
(2)電解質(zhì):所用電解質(zhì)為酸、堿、熔融氧化物、熔融鹽、
由于燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進行反應，
生成物不斷地被排出，因此可以實現(xiàn)連續(xù)供電。
介質(zhì) 電池反應： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
酸性 負極
正極
中性 負極
正極
堿性 負極
正極
2H2 - 4e－ = 4H+
O2 + 4H+ + 4e－= 2H2O
2H2 - 4e－ = 4H+
O2 + 2H2O + 4e－ = 4OH－
2H2 +4OH－- 4e－ = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e－ = 4OH－
1、氫氧燃料電池
2、甲烷-氧氣燃料電池
該電池用金屬鉑片插入酸性溶液中作電極，
兩極上分別通甲烷和氧氣
負極 CH4 + 2H2O - 8e- ＝ CO2 + 8H+
正極 O2 + 4H+ + 4e- ＝ 2H2O
總反應式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O
2、甲烷-氧氣燃料電池
該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，
兩極上分別通甲烷和氧氣
總反應式 CH4 + 2O2 + 2KOH ＝ K2CO3 + 3H2O
正極 O2 + 2H2O + 4e- ＝ 4OH-
負極 CH4 + 10OH- - 8e- ＝ CO32- + 7H2O
2、甲烷-氧氣燃料電池
該電池用金屬鉑片插入固體電解質(zhì)中作電極，兩極上分別通甲烷和氧氣
負極 CH4 + 4O2- - 8e- ＝ CO2 + 2H2O
正極 O2 + 4e- ＝ 2O2-
總反應式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O
2、甲烷-氧氣燃料電池
該電池用金屬鉑片插入熔融碳酸鉀中作電極，
兩極上分別通甲烷和氧氣
負極 CH4 + 4CO32- - 8e-＝5CO2 + 2H2O
正極 O2 + 4e- + 2CO2 ＝ 2CO32-
總反應式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O
3、氨氣燃料電池
①酸性條件
②堿性或中性條件
③高溫無水固體電解質(zhì)
2NH3 - 6e- ＝ N2 + 6H+
負極
2NH3 - 6e- + 6OH- ＝ N2 + 6H2O
2NH3 -6e- + 3O2- ＝N2 + 3H2O
4、鋁-空氣-海水電池
1991年，我國首創(chuàng)，用作海上標志燈。以海水為電解液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而產(chǎn)電流。
負極：4A1 - 12e- ＝ 4A13+
正極：3O2 + 6H2O + 12e- ＝ 12OH-
電池總反應式為：4A1 + 3O2 + 6H2O ＝4A1(OH)3
這種海水電池比“干電池”的能量高20～50倍。
燃料電池電極反應式書寫的方法
第一步：寫出燃料電池反應的總反應式
與燃料的燃燒反應一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應，則總反應為加和后的反應。
第二步：寫出電池的正極反應式
一般為氧氣得電子，介質(zhì)不同反應式不同，如：
酸性電解質(zhì)溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
堿性電解質(zhì)溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2－)：O2＋4e－===2O2－；
歸納總結(jié)
二、 常見有機物燃料電池、熔融氧化物(鹽)燃料電池的種類及工作原理
燃料電池電極反應式書寫的方法
第三步：根據(jù)總反應和正極反應式，寫出負極反應式。
電池反應的總反應式－電池正極反應式＝電池負極反應式。因為O2不是負極反應物，因此兩個反應式相減時要徹底消除O2。
歸納總結(jié)
二、 常見有機物燃料電池、熔融氧化物(鹽)燃料電池的種類及工作原理
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1. 隨著人們生活水平的不斷提高，廢電池必須進行集中處理，其原因是(　 　)
A. 電池外殼的金屬材料
B. 回收其中石墨電極
C. 電池中含有貴重金屬
D. 防止電池中酸、堿、重金屬離子對土壤和水源的污染
【答案】 D
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2.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。下列關(guān)于該電池的敘述正確的是(　 　)
A. 該電池能夠在高溫下工作
B. 電池的負極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2＋24H＋
C. 放電過程中，H＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移
D. 在電池反應中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標準狀況下CO2
【答案】 B
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3. 一種微生物燃料電池如圖所示，下列關(guān)于該電池的說法正確的是(　 　)
A. a電極發(fā)生還原反應
B. 每反應1 mol 乙酸，電路中轉(zhuǎn)移4 mol 電子
C. H＋由右室通過質(zhì)子交換膜進入左室
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【答案】 D
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