资源简介

(共20张PPT)
第一节　原电池
第3课时　常见化学电源(二)——形形色色的燃料电池
第四章　 化学反应与电能
空间站太阳能电池板
[学习目标]
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(重点)。
2.了解气体燃料电池的工作原理(难点)。
化学 必修第一册 人民教育出版社
化学 必修第二册 人民教育出版社
新课导入
电解水可得到氢气和氧气，依据能量守恒推测：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
视频导学
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
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。
2.燃料电池的特点
(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%)，排放的废弃物少。
工作原理
(1)电极:所用电极一般为惰性电极。
负极:H2、烃、甲醇、肼均可作燃料, 失电子发生氧化反应;
正极:空气或O2作氧化剂得到电子;
电子沿导线连续不断地把燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。
(2)电解质:所用电解质为酸、碱、熔融氧化物、熔融盐、
由于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，因此可以实现连续供电。
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
2H2 - 4e－ = 4H+
O2 + 4H+ + 4e－= 2H2O
2H2 - 4e－ = 4H+
O2 + 2H2O + 4e－ = 4OH－
2H2 +4OH－- 4e－ = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e－ = 4OH－
1、氢氧燃料电池
2、甲烷-氧气燃料电池
该电池用金属铂片插入酸性溶液中作电极，
两极上分别通甲烷和氧气
负极 CH4 + 2H2O - 8e- ＝ CO2 + 8H+
正极 O2 + 4H+ + 4e- ＝ 2H2O
总反应式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O
2、甲烷-氧气燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，
两极上分别通甲烷和氧气
总反应式 CH4 + 2O2 + 2KOH ＝ K2CO3 + 3H2O
正极 O2 + 2H2O + 4e- ＝ 4OH-
负极 CH4 + 10OH- - 8e- ＝ CO32- + 7H2O
2、甲烷-氧气燃料电池
该电池用金属铂片插入固体电解质中作电极，两极上分别通甲烷和氧气
负极 CH4 + 4O2- - 8e- ＝ CO2 + 2H2O
正极 O2 + 4e- ＝ 2O2-
总反应式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O
2、甲烷-氧气燃料电池
该电池用金属铂片插入熔融碳酸钾中作电极，
两极上分别通甲烷和氧气
负极 CH4 + 4CO32- - 8e-＝5CO2 + 2H2O
正极 O2 + 4e- + 2CO2 ＝ 2CO32-
总反应式 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O
3、氨气燃料电池
①酸性条件
②碱性或中性条件
③高温无水固体电解质
2NH3 - 6e- ＝ N2 + 6H+
负极
2NH3 - 6e- + 6OH- ＝ N2 + 6H2O
2NH3 -6e- + 3O2- ＝N2 + 3H2O
4、铝-空气-海水电池
1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。
负极：4A1 - 12e- ＝ 4A13+
正极：3O2 + 6H2O + 12e- ＝ 12OH-
电池总反应式为：4A1 + 3O2 + 6H2O ＝4A1(OH)3
这种海水电池比“干电池”的能量高20～50倍。
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－；
归纳总结
二、 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
燃料电池电极反应式书写的方法
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
二、 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
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1. 随着人们生活水平的不断提高，废电池必须进行集中处理，其原因是(　 　)
A. 电池外壳的金属材料
B. 回收其中石墨电极
C. 电池中含有贵重金属
D. 防止电池中酸、碱、重金属离子对土壤和水源的污染
【答案】 D
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2.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。下列关于该电池的叙述正确的是(　 　)
A. 该电池能够在高温下工作
B. 电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2＋24H＋
C. 放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D. 在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2
【答案】 B
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3. 一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是(　 　)
A. a电极发生还原反应
B. 每反应1 mol 乙酸，电路中转移4 mol 电子
C. H＋由右室通过质子交换膜进入左室
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【答案】 D
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