《制作簡(jiǎn)單的燃料電池》情境導(dǎo)入燃料電池城市客車燃料電池和“超級(jí)電容”混合動(dòng)力客車燃料電池的供電量易于調(diào)節(jié)，能適應(yīng)電器負(fù)載的變化，而且不需要很長(zhǎng)的充電時(shí)間，在航天、軍事和交通等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。1.理解燃料電池的工作原理2.設(shè)計(jì)和制作一個(gè)氫氧燃料電池實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理儀器：U形管、石墨棒、可調(diào)節(jié)的直流電源、鱷魚夾、導(dǎo)線、發(fā)光二極管、萬用電表。藥品：1mol/LNa2SO4溶液、酚酞溶液。實(shí)驗(yàn)用品實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論及解釋1.電解

水在U形管中注入1mol·L－1Na2SO4溶液，然后向其中滴入1～2滴酚酞溶液。在U形管的兩邊分別插入一根石墨棒，并用鱷魚夾、導(dǎo)線連接電源。閉合K1，接通直流電源開始電解。陽(yáng)極：陰極：陽(yáng)極產(chǎn)生；電極反應(yīng)：陰極產(chǎn)生；電極反應(yīng)：實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論及解釋2.制作一個(gè)氫氧燃料電池當(dāng)上述電解過程進(jìn)行1～2min后，打開K1，斷開直流電源。將兩根石墨棒用導(dǎo)線分別與萬用電表(或發(fā)光二極管)相連，閉合K2。負(fù)極電極反應(yīng)：正極電極反應(yīng)：?jiǎn)栴}和討論:列表比較氫氧燃料電池的工作原理和電解水的原理氫氧燃料電池電解水能量裝置電極反應(yīng)式電子流向離子流向反應(yīng)類型問題和討論:列表比較氫氧燃料電池的工作原理和電解水的原理氫氧燃料電池電解水能量裝置電極反應(yīng)式電子流向離子流向反應(yīng)類型聯(lián)系實(shí)際燃料電池城市客車燃料電池和“超級(jí)電容”混合動(dòng)力客車燃料電池的供電量易于調(diào)節(jié)，能適應(yīng)電器負(fù)載的變化，而且不需要很長(zhǎng)的充電時(shí)間，在航天、軍事和交通等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。為什么燃料電池的供電量易于調(diào)節(jié)？為什么它不需要很長(zhǎng)的充電時(shí)間？@信息搜索：同學(xué)們能否通過網(wǎng)絡(luò)、書籍等渠道，調(diào)查了解燃料電池的性能、構(gòu)成、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及發(fā)展歷史，并結(jié)合燃料電池的發(fā)展前景，談?wù)勀銓?duì)研發(fā)新型電池意義的理解。隨堂練習(xí)1．燃料電池是目前電池研究的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有某課外小組自制的氫氧燃料電池，如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述不正確的是（）A．a(chǎn)電極是負(fù)極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．b極反應(yīng)是O2+4OH--4e-=4H2OC．總反應(yīng)方程式為2H2+O2=2H2OD．使用過程中電解質(zhì)溶液的pH逐漸減小隨堂練習(xí)2．燃料電池是燃料跟氧氣（或空氣）起反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。下列關(guān)于甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液是強(qiáng)堿溶液）的說法正確的是（

）A．正極反應(yīng)式：

B．負(fù)極反應(yīng)式：

C．隨著放電的進(jìn)行，溶液中C(OH-)不變D．放電時(shí)溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)隨堂練習(xí)3．科技工作者利用催化劑和電化學(xué)原理還原

，使其轉(zhuǎn)化為可被利用的燃料。如圖所示裝置就可以將CO2

轉(zhuǎn)化為燃料CO。下列有關(guān)判斷正確的是()A．該裝置的電化學(xué)原理為電解原理，M電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．該裝置工作時(shí)，N電極的電極反應(yīng)為

C．質(zhì)子由N電極區(qū)通過質(zhì)子交換膜移向M電極區(qū)D．外電路中流過10mol電子，理論上可收集70g燃料隨堂練習(xí)4．如圖為一種微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，關(guān)于該電池?cái)⑹稣_的是（

）A．放電過程中，H+從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)B．正極每消耗1molMnO2有2mol

OH-遷移至負(fù)極C．微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)D．左邊電極反應(yīng)式為：MnO2+4H++2e﹣=Mn2++2H2O隨堂練習(xí)5.科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國(guó)已計(jì)劃將甲醇燃料電池用于軍事。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)中直接加入純化后的甲醇，同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣。回答下列問題：(1)這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_________。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)：________，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)：________。(3)電解液中H+向___極移動(dòng)，向外電路釋放電子的電極是_____。(4)使用該燃料電池的另一個(gè)好處是________。隨堂練習(xí)【答案】1.B2.A3.B4.D5.

（1）2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

（2）3O2+12H++12e-=6H2O2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+

正

負(fù)極

對(duì)環(huán)境無污染

素養(yǎng)目標(biāo)1.理解燃料電池的工作原理,培養(yǎng)變化觀念與平衡思想等核心素養(yǎng)。2.學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和制作氫氧燃料電池,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)。[原理梳理]用惰性電極電解水的原理為:2H2O2H2↑+O2↑,氫氧燃料電池工作原理為:2H2+O2===2H2O。[實(shí)驗(yàn)探究]【微思考】(1)用惰性電極電解硫酸鈉溶液時(shí),為何實(shí)質(zhì)上是電解水?(2)用石墨電極電解硫酸鈉溶液時(shí),滴加酚酞有何現(xiàn)象?提示

(1)用惰性電極電解硫酸鈉溶液時(shí),陽(yáng)離子放電順序?yàn)镠+>Na+,H+在陰極得電子生成氫氣,而陰離子放電順序?yàn)镺H->,OH-在陽(yáng)極上失電子生成O2,故實(shí)際是電解水。(2)用石墨電極電解硫酸鈉溶液時(shí),陰極是水電離出的H+放電生成氫氣,電極附近OH-濃度增大,陰極溶液呈堿性,使酚酞變紅。[實(shí)驗(yàn)反思]1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):電解水時(shí),選用硫酸鈉溶液而不用蒸餾水,原因是硫酸鈉溶液的導(dǎo)電性好,電解效率高。2.【微思考】氫氧燃料電池的優(yōu)點(diǎn)有哪些?提示

氫氧燃料電池放電容量大,且產(chǎn)物是水,無污染。

隨堂檢測(cè)1.一種新型燃料電池,它以多孔鎳板為電極,兩電極插入KOH溶液中,向兩極分別通入乙烷和氧氣,其電極反應(yīng)式為C2H6+18OH--14e-===2+12H2O,2H2O+O2+4e-

===4OH-。有關(guān)此電池的推斷正確的是(

)A.電池工作過程中,溶液的pH逐漸減小B.正極與負(fù)極上參加反應(yīng)的氣體的物質(zhì)的量之比為2∶7C.通入乙烷的電極為正極D.電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動(dòng)答案

A解析

電池總反應(yīng)為2C2H6+7O2+8OH-===4+10H2O,故電池工作過程中,溶液的pH逐漸減小,A項(xiàng)正確;正、負(fù)極上參加反應(yīng)的氣體的物質(zhì)的量之比為7∶2,B項(xiàng)錯(cuò)誤;通入乙烷的電極為負(fù)極,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電解質(zhì)溶液中的OH-向負(fù)極移動(dòng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.瓦斯分析儀(如圖甲)工作原理類似燃料電池的工作原理,其裝置如圖乙所示,其中的固體電解質(zhì)是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移動(dòng)。下列有關(guān)敘述中正確的是(

)A.瓦斯分析儀工作時(shí),電池內(nèi)電路中電子由電極b流向電極aB.電極b是正極,O2-由電極a流向電極bC.電極a的電極反應(yīng)式為CH4+4O2--8e-===CO2+2H2OD.當(dāng)固體電解質(zhì)中有1molO2-通過時(shí),轉(zhuǎn)移4mol電子答案

C解析

電子不能在電池內(nèi)電路流動(dòng),只能在外電路中流動(dòng),A錯(cuò)誤;電極b中氧氣得電子,生成O2-,故O2-由正極(電極b)流向負(fù)極(電極a),B錯(cuò)誤;甲烷所在的電極a為負(fù)極,電極反應(yīng)為CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O,C正確;1

mol

O2得4

mol電子生成2

mol

O2-,故當(dāng)固體電解質(zhì)中有1

mol

O2-通過時(shí),轉(zhuǎn)移2

mol電子,D錯(cuò)誤。3.(2020山東東營(yíng)高二月考)氫氧熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池(600~700℃),具有效率高、噪音低、無污染、余熱利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。氫氧熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示。下列有關(guān)該電池的說法正確的是(

)A.電池工作時(shí),熔融碳酸鹽只起到導(dǎo)電的作用B.負(fù)極反應(yīng)為H2-2e-+

===CO2+H2OC.該電池可利用工廠中排出的CO2,減少溫室氣體的排放D.電池工作時(shí),外電路中流過0.2mol電子,消耗3.2gO2答案

B4.一種甲醇燃料電池采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑,在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇,同時(shí)向一個(gè)電極通入空氣?；卮鹣铝袉栴}:已知:電池放電時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O。(1)該電池的正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是

;負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)電極是

。

(2)電解液中的H+向

(填“正”或“負(fù)”,下同)極移動(dòng);向外電路釋放電子的電極是

極。

(3)與直接燃燒燃料產(chǎn)生電力相比,使用燃料電池產(chǎn)