化学电源教学设计 高中化学人教版（2019）选择性必修1

第四章第一节第三课时

《化学电源2燃料电池》教学设计

一、课标解读

1、内容要求：认识不同类型燃料电池实际意义以及应用

了解不同类型燃料电池，并应用化学原理分析燃料电池工作原理以及应用

2、学业要求：燃料电池的工作原理，电极反应式书写规律，以及燃料电池的综合应用

二、教材分析

对于燃料电池的引入，新教材采用了格罗夫设计和发明燃料电池的史实和思路，可见，本节

有关燃料电池的思考与讨论有利于拉进近学生与科学家、科学史的距离，降低学习难度并发

展学生社会态度与责任观。同时第一第二课时引导学生从一种原电池的具体装置抽象形成原

电池的一般模型，通过模型的建构，燃料电池内容上可看成是原电池模型在实际应用中的迁

移，学生在原有模型建构的基础上迁移来认识并分析实际应用的燃料电池，充分发挥语言、

图示和想象等形式来把握原电池工作原理，达到解决实际问题的思维模式，实现从抽象到实

践。整个过程由分析实验现象提取原理，蕴涵微观探析与宏观辨识；形成模型并具备思维方

法，发展了学生的证据推理与模型认知：再迁移到实际应用，科学探究与创新意识是最终素

养体现，因此燃料电池在原电池第三课时显得尤为重要。

三、学情分析

通过前面学习，学生已经可以分析一种原电池的具体装置，并且基本了解原电池装置基本工

作原理，还通过一次电池、二次电池的迁移知道生活中的原电池应用模型，但燃料电池种类

多，燃料电池电介质环境各异，学生面对陌生燃料电池的迁移，并在不同电介质环境中书写

电极方程式相对困难，模型的迁移应用能力还比较弱。

四、素养目标

【教学目标】

I、能了解不同类型燃料电池燃料电池的应用

2、能根据原电池工作原理分析燃料电池模型

3、能书写不同介质燃料电池电极反应方程式

【评价目标】

1、通过不同燃料电池原理的观察、分析与讨论，诊断学生对不同类型燃料电池的认识程度。

2、通过不同类型燃料电池的展示，诊断学生分析陌生情境燃料电池工作原理的能力。

3、通过不同电极方程式设计燃料电池，诊断学生证据推理与模型认知、科学探究与创新意

识的素养能力。

五、教学重点、难点

重点：燃料电池的应用以及电极反应式书写规律

难点：电极反应式书写规律在题型中的应用

六、教学方法

建立模型

交流合作

认识模型学法/演绎推理

教法

应用模型.燃料电池\总结归纳

评价模型

七、教学思路

燃料电池

教学目标教学环节设计意图素养水平

介绍燃料电池先入为主，落实

的概念及燃料—燃料电池概念的—水平1

电池的优点及基本认识

用途

—建立模型知识回顾：初温故知新，激发

高中常见的燃—学生对已有知识—水平2

料燃烧化学方的思考

程式书写

介绍最简单的通过对氢氧燃料

氢氧燃料电池电池的介绍，引

—认识模型的工作原理以—导学生跳出原有

及电极反应式知识的桎梏，接

触电极式的书写

学生自主书写

甲烷燃料电池—水平3

—在碱性电解液

下的电极反应触类旁通，使学

式自主熟悉书写燃

应用模型料电池电极方程

学生自主书写式的书写的思维

甲醇燃料电池过程

—在碱性电解液

下的电极反应

式

总结归纳燃料

电池的工作原

提炼书写燃料电

理，并通过随—水平

1—堂练习。让学」池电极方程式的4

」评价模型

生分析燃料电一般方法，做到

池电极方程式对不同的题目以

书写的技巧不变应万变

八、教学过程

教教教学活动

学学教师活动学生活动设计

内环意图

容节

导引图片《常见燃料电池应用以及阿波罗飞船电池》倾听激发学生学

课入定义：持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换习兴趣

成电能的化学电池。

优点:能量转化率高，可持续提供电能，不污染

环境

用途:宇宙飞船，应用前景广阔

复

习进行回顾练习检查学生对

知己复习知识

次识回顾初高中常见的燃料燃烧(甲烷、甲醛)化学的掌握情

电回方程式况，为“燃料

池顾电池''的学

的习作铺垫

知

识

【展示图片】燃料电池种类很多，现以阿波罗氢观察图片。分析燃料电

氧燃料电池为例说明工作原理。池的工作原

燃经理，加深学

负载

思考、分析、理

料典----------生对原燃料

电例解、倾听。知识的巩固

―>

池析■壬和运用，培

多

多■

养学生的分

孔

孔

碳

碳析能力。学

载

载

锲

锲1生主要为听

讲及记录笔

氢气---:—氧气记为主，利

用最简单的

O图1-5-1"阿波罗"飞船履依燃料电池燃料电池原

部分结构示意图

理，激发学

【认识氢氧燃料电池】生对燃料电

电池总反应：2H2+。2=2比。池的理解，

(1)碱性介质氢氧燃料电池为后续甲醇

负极(Pt)：2H2-4e+4OH=4H2O燃烧的燃料

正极(Pt)：O2+2H2O+4e-40H电池电极方

【小结】燃料电池的规律程式书写埋

(1)燃料作负极，助燃剂氧气为正极下伏笔。

(2)电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子

和催化的作用。

燃料电池与前几种电池的差别：

(1)氧化剂与还原剂在工作时不断补充打破电池

容量限制；

(2)反应产物不断排出，无污染；由实际的载

(3)能量转化率高(超过80%),普通燃烧过程能量人航天器阿

转换率只有30%,有利于节约能源。波罗飞船碱

性燃料电池

【从阿波罗飞船碱性燃料电池探析应用前景】工作原理分

碱性燃料电池优势很明显，为什么不直接进一步析，让学生

使用到载人航天器上？科学家经过长期实践发了解到碱性

现，碱性燃料电池生成的水能降低电解质氢氧化燃料电池一

钾的浓度，电解质溶液导电能力下降，降低电池般用作短寿

内阻可以提高电池工作效率，从而增大电池单位命的载人航

质量输出的电能，电池内阻和离子导体导电性等天器电池，

因素有关，我们就来看一看他们的关系，请看一存在缺陷，

下表格引发认知冲

突，从而激

资料1降低电池内阻可以提高电池的工作效生，从而增大电池单隹灰■输出的电影。发学生思考

电池内阻和离子导体的导电性等因素有关。

更换不同电

表1-5-1在298K时，无限稀蟀溶液中几冲离子的无阳堀底摩尔电号娈

离子肿类H,OHySOf*1ClyCOr!K-Na,介质，引入

「无限猫降廉尔电导率不同类型电

"/(Sm'mH，)产商“。79.876.347273.5250.11

介质燃料电

I(摩尔电导率是指把含有Iniol电邮盾的淀液工十相花，位距总的电导;电的商个平仔电

!收之何叶所具有的电导摩尔电导率越大.落款的导电M•篇好)池的介绍以

［过渡】氢离子导电性很强,如果把】氧燃料电及电极方程

池碱性变为酸性介质，电池反应如何？式的书写

^3

H+定向移动到正极，在负极生成，在正极消耗

(2)酸性介质氢氧燃料电池

+

负极(Pt)：2H2-4e-4H

+

正极(Pt)：O2+4H+4e-=2H2O

板电池总反应：2H2+。2=2出0理解电极方

书(1)酸性介质氢氧燃料电池思考，记录笔记。程式的写

总负极(Pt)：2H2-4e=4H+法。

结+

正极(Pt)：O2+4H+4e-2H2O

(2)碱性介质氢氧燃料电池

负极(Pt)：2H2-4e+4OH-4H2O

正极(Pt)：O2+2H2O+4e-40H-

书在酸性介质

写自下的电极方

电主若将上述碱性电池中的气体燃料换成液体甲醇，程式相对比

极学请写出电极反应式和总反应式思考•、分析、总较简单，加

方习2、甲醇燃料电池结。强学生思

程活总反应式：2cH3OH+3O2+4KOH=2K2co3+6H2O考。让学生

式动正极：2Ch+8e-+4H2O=8OH-总结出在碱

2

负极：CH3OH-6e-+8OH-CO3+6H2O性介质时不

同燃料电极

反应方程

式，培养学

生的理解能

力和对比能

力。

书自若将上述燃料电池中的电解质换成固体氧化倍-让学生总结

写主氧化钮熔融盐，请写出电极反应式和总反应式出虽在不同

电展3、氧化结-氧化钮熔融盐介质燃料电池的介质电

极示思考、分析、总极反应方程

1/20,（干燥）

方结。式培养学生.

厂分2e.1爹一多孔电极a

程的理解能力

式2e-1和对比能

f\o2固体电解质力。

［凌2^7缪一多孔电极b

1\

H2H2O

总反应式：2H2+。2=2比0

正极：O2+4e-=2C）2-

2

负极：H2-2e+O-H2O

变设若将上述燃料电池中的电解质换成熔融的碳酸

式置盐，请写出电极反应式和总反应式

练情总反应：2H2+。2=2比0

习境正极：Ch+4e-+2co2=2CO33

2

负极：H2-2e+2CO3=H2O+CO2

H负载卜|力-

电极《e-e\当极b

、/

A=|熔融盐Z

怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？

总攻书写步骤：

结关1、写出燃烧反应；对甲醇燃料电池培养学生的

归秘2、根据电解液改写燃料电池总反应；的变式练习进行迁移能力和

纳籍3、写出正极的电极反应式(一般较简单)；思考和分析。分析能力

正极反应一般为：

+

①酸性介质O2+4H+4e-2H2O

②碱性介质O2+2H2O+4e=4OH

4、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得

负极的电极反应式。其它常见化学电源的电极反

应式也可据此写出

巩典(补充习题)L。一种以肺(N2H4)为燃料的电池学生独立完成通过实际应

固型装置如图所示。下列关于该燃料电池的叙述不正用迁移，重

练题确的是D难点突破情

习连A.电流从右侧电极经过负载流向左侧电极况

接

B.负极发生的电极反应式为N2H4+4OH—4e

-^=N2+4H2O

C.该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，

以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使

它们与电解质溶液充分接触

D.该燃料电池持续放电时，正极发生氧化反应，

碱性减弱

-

—j丸,-

丘

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△匚11田

极

电离子

粤匚极'「交换膜

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K()H部橄

板书设计

2,甲醇燃料电池

1、氢氧燃料电池

总反应：2cH3OH+3()2+4KOH=2K2co3+6H2O

总反应：2H2+02=2氏0

正极：302+12。+6H2O=12OH-

(1)酸性介质氢氧燃料电池

负极：2cH3OH-12e+160H=2C(h2+12出0

负极(Pt):2H-4e=4H+

23、氧化铸-氧化忆熔融盐介质燃料电池

+

正极(Pt):O2+4H+4e=2H2O

(2)碱性介质氢氧燃料电池总反应式：2H2+。2=2%0

2

正极：O2+4e-2O

2

负极：H2-2e+O=H2O

负极(Pt):2H2-4e+4OH=4H2O

正极(Pt):O2+2H2O+4e=4OH

4、爆融的碳酸盐介质燃料电池

总反应：2H2+02=2%。

正极：Ch+4e+2co2=2CCV

2

负极：H2-2e+2CO3-H2O+CO2

课后练习

一、单选题

1.氢氧燃料电池是技术上比较成熟，并得到多方面应用的燃料电池，其理论比能量达3600

瓦•时/千克，单体电池的工作电压为0.8-0.97伏。下列说法正确的是

A.电解水制取氢气是理想而经济的制氢方法

B.发展氢氧燃料电池汽车不需要安全高效的储氢技术

C.氢氧燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染

D.氢氧燃料电池把氢气和氧气燃烧放出的热能转化为电能

2.下列发电厂（站）的电能由化学能直接转化而成的是

ABCD

!

燃料电池发电站地热发电厂风力发电厂水力发电站

A.AB.BC.CD.D

3.如图为氢氧燃料电池构造示意图，下列有关描述正确的是

A.H+向负极移动B.O2在负极上反应

C.反应最终产物是H2OD.电子由正极通过导线流向负极

4.氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质的这种电池在使用时的电极反

应如下：2H2+4OH-4e-4H2O,O2+2H2O+4e-40H",下列说法错误的是

A.氢气通入正极，氧气通入负极

B.燃料电池的能量转化率不能达到100%

C.供电时的总反应为：2H2+。2=2氏0

D.产物为无污染的水，属于环境友好电池

5.阿波罗飞船中使用的燃料电池部分结构的示意图如下，下列说法错误的是

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