高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池课前预习ppt课件

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池课前预习ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了学业基础，核心素养，当堂评价，核心微网络，原电池，电解池，氧化剂，状元随笔，H2SO4aq，PbO2等内容，欢迎下载使用。

素养新目标1. 了解常见的化学电源。2．了解常见化学电源的工作原理。
一、化学电源1．化学电源是将_____能转化为____能的实用装置。2．分类
二、常见的化学电源1．锌锰干电池
Zn－2e－===Zn2＋
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
2.铅蓄电池(1)电池构造
3.燃料电池(1)原理(电极反应及电池反应)
(2)优点：能量利用效率高、污染轻、可连续使用。
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H2＋O2===2H2O
状元随笔　(1)燃料电池的工作原理燃料电池以燃料(如氢气、甲烷、甲醇和乙醇等)为负极反应物，以氧化剂(如O2)为正极反应物，使用不同的离子导体(如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等)实现一个相当于燃烧反应的电池反应，将化学能转化为电能。(2)燃料电池的特点①电极材料本身不参与电极反应，电池的正、负极反应物分别是氧化剂和燃料。②工作时，将燃料和氧化剂分别不断地输入电池的两极，在负极发生氧化反应，在正极发生还原反应。③通入燃料(如H2)的一极为负极，通入氧化剂(如O2)的一极为正极。④能量转化率远高于普通燃烧过程。
【即学即练】1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)燃料电池就是可燃性物质在电极上燃烧。(　　)(2)二次电池不可充电。(　　)(3)锌锰干电池是一次电池。(　　)
2．下列电池工作时，氧气在正极放电的是(　　)
解析：燃料电池中在正极放电的物质都是氧气。
5．锂­空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是 (　　)A．放电时Li＋由B极向A极移动B．电池放电反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOHC．B电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．电解液a可以为氯化锂溶液
解析：在锂－空气电池中，A(金属锂)为负极，其反应式是Li－e－===Li＋；B为正极，其反应式是O2＋4e－＋2H2O===4OH－；总反应式是4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。原电池工作过程中，溶液中的Li＋(阳离子)移向B极(正极)；金属锂能与水反应，电解质中不能含有水，故不能用氯化锂溶液作为电解液。
6．(双选)(教材习题改编)纽扣电池一般来说常见的有充电的和不充电的两种，充电的包括3.6 V可充锂离子扣式电池和3 V可充锂离子扣式电池；不充电的包括3 V锂锰扣式电池及1.5 V碱性锌锰扣式电池。纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，离子导体为KOH溶液。放电时两个电极反应分别为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2OAg2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
下列说法中，正确的是 (　　) A．锌是负极，氧化银是正极B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应C．当电池中通过0.2 ml电子时，正极质量减少6.5 gD．在电池使用过程中，负极区溶液的碱性减弱
解析：根据放电时两个电极的电极反应式可知，Zn发生氧化反应是负极，氧化银发生还原反应是正极，A正确，B不正确；当原电池中通过0.2 ml电子时，正极Ag2O～2Ag，所以质量减少1.6 g，C不正确；根据负极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O可知，负极区反应消耗OH－并生成H2O，溶液碱性减弱，D正确。
例1 (双选)某单液电池如图所示，其反应原理为H2＋2AgCl(s) 2Ag(s)＋2HCl。下列说法错误的是(　　) A．放电时，左边电极为负极B．放电时，溶液中H＋向右边电极移动C．充电时，右边电极上发生的电极反应式： Ag－e－===Ag＋D．充电时，当左边电极生成1 ml H2时，电解质溶液减轻2 g
解析：由图示分析可知，放电时左边电极发生氧化反应，为电池的负极，A项对；由A项分析可知，放电时左边为电池的负极，则右边为电池的正极，工作时阳离子向正极移动，即H＋向右边电极移动，B项对；充电时左边电极为阴极，发生还原反应，即2H＋＋2e－===H2↑；右边电极为阳极，发生氧化反应，即Ag－e－＋Cl－===AgCl，C项错；由反应2HCl＋2Ag(s) 2AgCl(s)＋H2↑可知，充电时，当左边电极生成1 ml H2时，电解质溶液中会减少2 ml HCl，则减少的质量为73 g，D项错。
状元随笔　(1)由电极反应式书写电池反应式时，正、负极反应式进行相加，应注意电子得失要相等。(2)利用总反应式减去其中一极的反应式得到另一极的反应式时，也要注意电子守恒。(3)电池反应和电极反应式中，弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。
[提升1]　按要求写出电极反应式或总反应方程式。(1)肼(N2H4)—空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的电极反应式为____________________________________。(2)K2FeO4－Zn可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为_______________________________，该电池总反应的离子方程式为___________________________________________。
N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O
(3)铝电池性能优越，Al－Ag2O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为______________________________________________________。
2Al＋3Ag2O＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]＋6Ag
解析： Al作负极，Ag2O/Ag作正极，NaOH和Na[Al(OH)4]溶液是电解质溶液，生成物是Na[Al(OH)4]、Ag。
关键能力1.一般电极反应式的书写步骤
2．给出总反应式，写电极反应式如果题目给出的是总反应式，先分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再写出较简单一极的电极反应式，另一极的电极反应式可通过总反应式减去已写出的电极反应式即可得出。特别需要指出的是对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池的工作原理，充电的过程则应用电解池的工作原理。
目标二　燃料电池例2 甲烷燃料电池在不同环境下电极反应式的书写：(1)酸性条件下负极反应式：__________________________________。(2)碱性条件下负极反应式:____________________________________。
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)负极反应式：___________________________________________。(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极反应式：_____________________________________________。
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
状元随笔　氢氧燃料电池在不同介质中发生的电极反应
[提升2]　科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)A．电极a为电池的负极B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．电路中每通过4 ml电子，在正极消耗44.8 L H2SD．每17 g H2S参与反应，有1 ml H＋经质子膜进入正极区
解析：根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项对；电极b为正极，氧气得电子与H＋反应生成水，B项对；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 ml电子，正极消耗1 ml O2，负极有2 ml H2S反应，C项错；17 g H2S即0.5 ml H2S，每0.5 ml H2S参与反应会消耗0.25 ml O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O可知，有1 ml H＋经质子膜进入正极区，D项对。
状元随笔　(1)燃料电池的电极反应中，酸性溶液中不能出现OH－，碱性溶液中不能出现H＋，水溶液中不能出现O2－，而固体电解质中O2被还原为O2－。(2)正负两极的电极反应在得失电子守恒的前提下相加，所得到的电池反应相当于燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加。
关键能力三步突破燃料电池电极反应式的书写第一步：写出电池总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应基本一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O①，CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②，①＋②得燃料电池总反应式，为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
1．锌、铁、镁、铝、锂等金属都可以用在金属燃料电池中，电池的基本结构如图所示。下列说法正确的是(　　)A．电池工作时，电子沿M→电解液→电极流动B．若M为铝，溶液的pH将不断变大C．若M为镁，电池总的化学方程式为2Mg＋O2===2MgOD．若M为铁，则负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
3．一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．使用碱性电解质水溶液B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2C．使用的隔膜是阳离子交换膜D．充电时，电子从Mg电极流出
5. 锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中离子导体LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过离子导体迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由___极流向____极。(填字母)(2)电池正极反应式为______________________________。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？____ (填“是”或“否”)，原因是_____________________________。
MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
电极Li是活泼金属，能与水反应
6．CO与H2反应可制备CH3OH，由CH3OH和O2构成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下。
电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的电极反应式为________________________________。若外电路中转移2 ml电子，则上述燃料电池所消耗的O2在标准状况下的体积为______ L。
CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
解析：根据图中的电子流向知c是负极，此极上甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，电路中转移2 ml电子时消耗氧气0.5 ml，即标准状况下消耗O2体积为11.2 L。