高中化学选修四燃料电池省名师优质课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。谢谢,燃料电池,第1页,燃料电池是一个连续地将燃料和氧化剂化学能直接转换成电能化学电池。,氢氧燃料电池,酸性电解质：,碱性电解质,负极:2H,2,-4e,-,+4OH,-,=4H,2,O,正极:O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,总反应:2H,2,+O,2,=2H,2,O,负极：2H,2,-4e,-,=4H,+,正极：O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,总反应：2H,2,+O,2,=2H,2,O,阅读P77-78,了解燃料电池优点,第2页,燃料电池规律,燃料做负极，助燃剂氧气为正极,电极材料普通不参加化学反应，只起传导电子作用。,能量转化率高(超出80%)，普通只有30%，有利于节约能源，且对环境无污染。,燃料电池与前几个电池差异：,氧化剂与还原剂在工作时不停补充；,反应产物不停排出,第3页,燃料电池电极反应式书写,第一步，先写出燃料电池总反应方程式；,三步：,第二步，再写出燃料电池正极反应式；,第三步，在电子守恒基础上用燃料电池总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。,第4页,因为燃料电池发生电化学反应最终产物与燃料燃烧,产物相同，可依据燃料燃烧反应写出燃料电池总反应,方程式，但要注意燃料种类。若是氢氧燃料电池，其电,池总反应方程式不随电解质状态和电解质溶液酸碱性,改变而改变，即2H,2,+O,2,=2H,2,O。若燃料是含碳元素（或硫,元素）可燃物，其电池总反应方程式就与电解质溶液,酸碱性相关，,如甲烷燃料电池,酸性电解质中生成CO,2,和H,2,O，即CH,4,+2O,2,=CO,2,+2H,2,O；,碱性电解质中生成CO,3,2-,离子和H,2,O，,即CH,4,+2OH,-,+2O,2,=CO,3,2-,+3H,2,O。,第一步，先写出燃料电池总反应方程式；,第5页,C,2,H,5,OH+4OH,-,+3O,2,=2CO,3,2-,+5H,2,O,C,2,H,5,OH+3O,2,=2CO,2,+3H,2,O,2CH,3,OH+4OH,-,+3O,2,=2CO,3,2-,+6H,2,O,2CH,3,OH+3O,2,=2CO,2,+4H,2,O,2H,2,S+3O,2,+4OH,-,=2SO,3,2-,+4H,2,O,2H,2,S+3O,2,=2SO,2,+2H,2,O,2CO+O,2,+4OH,-,=2CO,3,2-,+2H,2,O,2CO+O,2,=2CO,2,CH,4,+2O,2,=CO,2,+2H,2,O,CH,4,+2OH,-,+2O,2,=CO,3,2-,+3H,2,O,2H,2,+O,2,=2H,2,O,燃料,种类,第一步，先写出燃料电池总反应方程式；,H,2,CH,4,CO,H,2,S,CH,3,OH,CH,3,CH,2,OH,电解质溶液,酸碱性,电池总反应,方程式,酸,碱,碱,碱,酸,酸,酸,碱,酸,碱,第6页,第二步，再写出燃料电池正极反应式；,燃料电池正极反应物一律是氧气，正极都是氧化剂,氧气得到电子还原反应，所以可先写出正极反应式，,正极反应本质都是O,2,得电子生成O,2-,离子，故正极反,应式,基础都是O,2,4e,-,=2O,2-,。正极产生O,2-,离子存,在形式与燃料电池电解质状态和电解质溶液酸,碱性有着亲密关系。这是非常主要一步。现将与,电解质相关四种情况归纳以下。,第7页,电解质为酸性电解质溶液（如稀硫酸）在酸性环境中，O,2-,离子不能单独存在，可供O,2-,离子结,合微粒有H,+,离子和H,2,O，O,2-,离子优先结合H,+,离子生,成H,2,O。这么，在酸性电解质溶液中，正极反应式为,O,2,4H,+,+4e,-,=2H,2,O。,电解质为中性或碱性电解质溶液（如氯化钠溶液或,氢氧化钠溶液）在中性或碱性环境中，O,2-,离子也不能,单独存在，O,2-,离子只能结合H,2,O生成OH,-,离子，故在中,性或碱性电解质溶液中，正极反应式为,O,2,2H,2,O+4e,-,=4OH,-,。,第二步，再写出燃料电池正极反应式；,第8页,电解质为熔融碳酸盐（如LiCO,3,和Na,2,CO,3,熔融盐混和,物）在熔融碳酸盐环境中，O,2-,离子也不能单独存在，,O,2-,离子可结合CO,2,生成CO,3,2-,离子，则其正极反应式为,O,2,2CO,2,+4e,-,=2CO,3,2-,。,第二步，再写出燃料电池正极反应式；,电解质为固体电解质（如固体氧化锆氧化钇）该固体电解质在高温下可允许O,2-,离子在其间经过，故其,正极反应式应为 O,2,4e,-,=2O,2-,。,第9页,第三步，在电子守恒基础上用燃料电池,总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。,比如：甲烷燃料电池电解质溶液为KOH溶液,总反应式：,CH,4,+2OH,-,+2O,2,=CO,3,2-,+3H,2,O,正极反应式：,O,2,2H,2,O+4e,-,=4OH,-,。,减去正极反应物氧气,2,O,2,4,H,2,O+,8,e,-,=,8,OH,-,。,CH,4,+10 OH,-,+8e,-,=CO,3,2-,+7H,2,O,负极反应式：,第10页,例1、一个甲醇燃料电池是采取铂或碳化钨作电极催化,剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后甲醇，同时,向一个电极通入空气。试回答以下问题：,这种电池放电时发生化学反应方程式是,。,此电池正极发生电极反应是,；,负极发生电极反应是,。,电解液中H,+,离子向,极移动；,向外电路释放电子电极是,。,比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多,优点，其中主要有两点：,首先是燃料电池能量转化率高，,其次是,。,2CH,3,OH+3O,2,=2CO,2,+4H,2,O,3O,2,+12H,+,+12e,-,=6H,2,O,2CH,3,OH+2H,2,O,12e,-,=2CO,2,+12H,+,正,负极,污染较小,第11页,例2、甲烷燃料电池电解质溶液为KOH溶液，以下关于,甲烷燃料电池说法不正确是（）,A、负极反应式为CH,4,+10OH,-,8e,-,=CO,3,2-,+7H,2,O,B、正极反应式为O,2,2H,2,O+4e,-,=4OH,-,C、伴随不停放电，电解质溶液碱性不变,D、甲烷燃料电池能量利用率比甲烷燃烧能量,利用率大,答案：C,第12页,例3、某燃料电池以熔融K,2,CO,3,（其中不含O,2-,和HCO,3,-,）,为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以含有催化,作用和导电性能稀土金属材料为电极。试回答以下问题：,写出该燃料电池化学反应方程式。,写出该燃料电池电极反应式。,为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池电解质组,成应保持稳定。为此，必须在通入空气中加入一个物质，,加入物质是什么，它从哪里来？,2C,4,H,10,+13O,2,=8CO,2,+10H,2,O,正极：O,2,2CO,2,+4e,-,=2CO,3,2-,，,CO,2,从负极反应产物中来,负极：2C,4,H,10,+26CO,3,2-,52e,-,=34CO,2,+10H,2,O,第13页,例4、一个新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入,丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y,2,O,3,)氧化锆(ZrO,2,),晶体，在熔融状态下能传导O,2-,。以下对该燃料电池说,法正确是,A.在熔融电解质中，O,2-,由负极移向正极,B.电池总反应是：2C,4,H,10,13O,2,=8CO,2,10H,2,O,C.通入空气一极是正极，,电极反应为：O,2,4e,-,2O,2-,D.通入丁烷一极是正极，电极反应为：,C,4,H,10,26e,-,13O,2-,4CO,2,5H,2,O,B、C,第14页,例5、我国首创以铝空气海水电池作为能源新型,海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中氧气使铝,不停被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，,就会发出刺眼白光。,电源负极材料为：铝；,电源正极材料为：石墨、铂网等能导电惰性材料。,负极电极反应式为,：；,正极电极反应式为,：。,总反应式为,：。,说明:铝板要及时更换,铂做成网状是为了,.,4Al12e,=4Al,3+,3O,2,+6H,2,O+12e,=12OH,4Al+3O,2,+6H,2,O=4Al(OH),3,增大与氧气接触面积,第15页,