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化学选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池教学ppt课件
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这是一份化学选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池教学ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了课前·新知导学，能量转化率，MnO2，KOH，PbO2，H2SO4，课堂·重难探究，重难突破，典例精练，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
化学电源1．化学电池：将________能转化为________能的装置。 (1)分类。【答案】(1)失 得
(2)优点。具有__________高，供能稳定可靠，携带方便，易于维护等优点。 (3)判断电池优劣的主要标准。①比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少。②比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小。③电池可储存时间的长短。
2．几种常见的化学电池(1)一次电池(以碱性锌锰电池为例)。①构造。②组成。正极：________；负极：________；电解质：________。
③工作原理。负极反应：____________________________; 正极反应：_________________________________________; 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
(2)二次电池(以铅酸蓄电池为例)。①构造。②组成。正极：__________；负极：__________；电解质：________。
③工作原理。铅酸蓄电池是常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。a．放电过程的电极反应、总反应：负极：________________________; 正极：_________________________________________; 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
b．充电过程的电极反应、总反应：
(3)燃料电池(以氢氧燃料电池为例)。①构造。
②工作原理。负极反应：_________________; 正极反应：________________________; 总反应：________________。
H2－2e－===2H＋
3．废旧电池的危害与处理(1)危害：废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质，如随意丢弃，会对生态环境和人体健康造成危害。(2)处理方法：回收处理。
(1)铅酸蓄电池在放电一段时间后，正极、负极的质量将如何变化？(2)原电池的电极材料都必须是金属吗？化学电池的正极、负极材料可以是同一种导电物质吗？【答案】(1)铅酸蓄电池放电时，正极部分PbO2变为PbSO4，质量变大；负极部分Pb变为PbSO4，质量也变大。(2)原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨)。在燃料电池中，电极本身均不发生反应，故两极均可用惰性材料，如Pt电极。
正误判断。(对的画“√”，错的画“×”)(1)碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池。( )(2)二次电池充电时，化学能转化为电能。 ( )(3)二次电池充电时发生的反应不能自发进行。 ( )(4)某些导电非金属单质、某些导电金属氧化物都可作原电池的电极。( )(5)燃料电池工作时需要点燃条件才可发生。( )(6)燃料电池的燃料可以是氢气、烃、甲醇、氨等物质。( )【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
重难点一 化学电源电极反应式的书写 化学电源电极反应式的书写(1)根据装置书写电极反应式。先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物质。①负极：活泼金属或燃料失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。
②正极：阳离子得到电子生成单质，若反应物是O2，则有以下规律：电解质溶液呈碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；电解质溶液呈酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。③总反应式：正、负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总反应式。
(2)给出总反应式，写电极反应式。如果给定的是总反应式，可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)，先写出反应相对较简单的一极的电极反应式，另一极的电极反应式可用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。
(3)可充电电池电极反应式的书写。在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电时为原电池，充电为放电的逆过程。①放电时的负极与充电时的阳极均发生氧化反应，对应元素化合价升高。②放电时的正极与充电时的阴极均发生还原反应，对应元素化合价降低。
(4)电极反应式的书写过程归纳。①列物质，标得失：根据负极(阳极)发生氧化反应，正极(阴极)发生还原反应，判断出电极的产物，分析得失电子的数目，利用得失电子守恒配平。②选离子，配电荷：根据溶液的酸碱性选择合适的离子，确保电极产物能在电解质溶液中稳定存在，然后利用电荷守恒进行配平。③巧用水，配个数：通常介质为水溶液，根据需要选择水为反应物或生成物，利用质量守恒进行配平。
(2020·山西太原第五中学高二检测)在碱性锌锰电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O === 2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有关该电池的电极反应式的书写正确的是( )A．负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋B．负极反应式为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋C．正极反应式为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)D．正极反应式为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
【答案】 D 【解析】在书写碱性电池的电极反应式时，反应式中不得出现H＋。在碱性锌锰电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。
下列说法错误的是( )A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．放电时正极反应为2NiOOH＋2e－＋2H2O===2OH－＋2Ni(OH)2C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区【答案】D
【解析】三维多孔海绵状Zn表面积较大，可高效沉积ZnO，所沉积的ZnO分散度也高，A正确；根据总反应方程式可知，放电时NiOOH(s)得电子发生还原反应，B正确；放电时Zn在负极上发生氧化反应：Zn(s)－2e－＋2OH－(aq)===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；在放电过程中，阴离子应向负极移动，D错误。
重难点二 常见的燃料电池 1．常见燃料电池的电极反应在燃料电池中，电解质溶液参与电极反应，电解质酸碱性的改变会引起电极反应的变化，但不影响燃料及O2的性质。电极反应在遵守质量守恒定律，遵循电荷守恒、电子得失守恒规律的同时，还要考虑电解质溶液是否参与反应。
(1)甲烷燃料电池。电解质：KOH；正极(通O2)：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－；总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O。
(2)甲醇燃料电池。电解质：KOH；正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。
(3)肼燃料电池。电解质：KOH；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O；总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O。
(4)熔融盐燃料电池。比如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极反应物，空气与CO2的混合气为正极反应物，制得在650 ℃下工作的燃料电池。总反应：2CO＋O2===2CO2。
2．书写燃料电池的电极反应式应注意的问题(1)电池的负极一定是可燃性气体失电子，发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2)得电子，发生还原反应。(2)电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。(3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式，也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。
一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．该燃料电池A是正极，B是负极B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O【答案】D
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________，在导线中电子的流动方向为________(用a、b和箭头表示)。电池中的交换膜为阴离子交换膜，则溶液中OH－的移动方向为由___池移向____池(填“左”或“右”)。 (2)负极反应式为____________________________，正极反应式为_______________________________。
【答案】 (1)化学能转化为电能 a→b 右 左(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
1．下列有关电池的叙述正确的是( )A．手机用的锂离子电池属于一次电池B．锌锰干电池中，锌电极是负极C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原D．太阳能电池的主要材料为二氧化硅【答案】B
2．(2019·海南卷)(双选)微型银－锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是( )A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低B．电池工作过程中，电解质溶液中OH－向负极移动C．负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2D．正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e－===Ag＋H2O【答案】BC
【解析】从电池总反应方程式分析，KOH未被消耗，H2O被消耗，溶液KOH的浓度增大，A错误；负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，OH—向负极移动，B、C正确；电解质为KOH溶液，正极反应式不能出现H＋，D错误。
A．通氧气的电极为负极B．参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变
4．铅酸蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是( )A．Pb为正极被氧化B．溶液的pH不断减小D．电解质溶液的密度不断减小【答案】D
5．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据上述信息，完成下列各题。(1)判断下列叙述正确的是________。A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应：_____________________________。(3)电池工作时，负极区的pH________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。【答案】(1)C (2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag (3)减小 增大 不变【解析】(1)由两电极反应相加可得电池总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，由总反应知，在使用过程中KOH不被消耗，A错误；由电极反应可知Zn是负极，发生氧化反应，Ag2O是正极，发生还原反应，电子由Zn极流向Ag2O极。C正确，B、D均错误。(3)电解质溶液为KOH溶液，使用时，负极区消耗OH－，pH减小；正极区产生OH－，pH增大，消耗和产生的OH－的量相等，H2O的量不变，则电解质溶液的pH不变。
6．经过长时间的研发和多次展示后，科技工作者开发出了甲醇燃料电池，该电池反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。请回答下列问题：(1)该燃料电池的电解质是__________。 (2)由电池反应可知，放电时该电池的负极反应物为__________，该物质发生______反应，负极的电极反应式为______________________。 (3)电池使用过程中，当有0.5 ml电子转移时，消耗甲醇的质量是________ g(结果保留两位小数)。 (4)放电一段时间后，通入O2的电极附近溶液的pH________(填“升高”“不变”或“降低”)。
化学电源1．化学电池：将________能转化为________能的装置。 (1)分类。【答案】(1)失 得
(2)优点。具有__________高，供能稳定可靠，携带方便，易于维护等优点。 (3)判断电池优劣的主要标准。①比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少。②比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的大小。③电池可储存时间的长短。
2．几种常见的化学电池(1)一次电池(以碱性锌锰电池为例)。①构造。②组成。正极：________；负极：________；电解质：________。
③工作原理。负极反应：____________________________; 正极反应：_________________________________________; 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
(2)二次电池(以铅酸蓄电池为例)。①构造。②组成。正极：__________；负极：__________；电解质：________。
③工作原理。铅酸蓄电池是常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。a．放电过程的电极反应、总反应：负极：________________________; 正极：_________________________________________; 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
b．充电过程的电极反应、总反应：
(3)燃料电池(以氢氧燃料电池为例)。①构造。
②工作原理。负极反应：_________________; 正极反应：________________________; 总反应：________________。
H2－2e－===2H＋
3．废旧电池的危害与处理(1)危害：废旧电池中常含有重金属、酸和碱等物质，如随意丢弃，会对生态环境和人体健康造成危害。(2)处理方法：回收处理。
(1)铅酸蓄电池在放电一段时间后，正极、负极的质量将如何变化？(2)原电池的电极材料都必须是金属吗？化学电池的正极、负极材料可以是同一种导电物质吗？【答案】(1)铅酸蓄电池放电时，正极部分PbO2变为PbSO4，质量变大；负极部分Pb变为PbSO4，质量也变大。(2)原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨)。在燃料电池中，电极本身均不发生反应，故两极均可用惰性材料，如Pt电极。
正误判断。(对的画“√”，错的画“×”)(1)碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池都属于二次电池。( )(2)二次电池充电时，化学能转化为电能。 ( )(3)二次电池充电时发生的反应不能自发进行。 ( )(4)某些导电非金属单质、某些导电金属氧化物都可作原电池的电极。( )(5)燃料电池工作时需要点燃条件才可发生。( )(6)燃料电池的燃料可以是氢气、烃、甲醇、氨等物质。( )【答案】(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
重难点一 化学电源电极反应式的书写 化学电源电极反应式的书写(1)根据装置书写电极反应式。先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物质。①负极：活泼金属或燃料失去电子生成阳离子；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。
②正极：阳离子得到电子生成单质，若反应物是O2，则有以下规律：电解质溶液呈碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；电解质溶液呈酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。③总反应式：正、负电极反应式在得失电子相等的前提下相加得到电池反应的总反应式。
(2)给出总反应式，写电极反应式。如果给定的是总反应式，可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)，先写出反应相对较简单的一极的电极反应式，另一极的电极反应式可用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。
(3)可充电电池电极反应式的书写。在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电时为原电池，充电为放电的逆过程。①放电时的负极与充电时的阳极均发生氧化反应，对应元素化合价升高。②放电时的正极与充电时的阴极均发生还原反应，对应元素化合价降低。
(4)电极反应式的书写过程归纳。①列物质，标得失：根据负极(阳极)发生氧化反应，正极(阴极)发生还原反应，判断出电极的产物，分析得失电子的数目，利用得失电子守恒配平。②选离子，配电荷：根据溶液的酸碱性选择合适的离子，确保电极产物能在电解质溶液中稳定存在，然后利用电荷守恒进行配平。③巧用水，配个数：通常介质为水溶液，根据需要选择水为反应物或生成物，利用质量守恒进行配平。
(2020·山西太原第五中学高二检测)在碱性锌锰电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O === 2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列有关该电池的电极反应式的书写正确的是( )A．负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋B．负极反应式为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋C．正极反应式为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH)D．正极反应式为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
【答案】 D 【解析】在书写碱性电池的电极反应式时，反应式中不得出现H＋。在碱性锌锰电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。
下列说法错误的是( )A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．放电时正极反应为2NiOOH＋2e－＋2H2O===2OH－＋2Ni(OH)2C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区【答案】D
【解析】三维多孔海绵状Zn表面积较大，可高效沉积ZnO，所沉积的ZnO分散度也高，A正确；根据总反应方程式可知，放电时NiOOH(s)得电子发生还原反应，B正确；放电时Zn在负极上发生氧化反应：Zn(s)－2e－＋2OH－(aq)===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；在放电过程中，阴离子应向负极移动，D错误。
重难点二 常见的燃料电池 1．常见燃料电池的电极反应在燃料电池中，电解质溶液参与电极反应，电解质酸碱性的改变会引起电极反应的变化，但不影响燃料及O2的性质。电极反应在遵守质量守恒定律，遵循电荷守恒、电子得失守恒规律的同时，还要考虑电解质溶液是否参与反应。
(1)甲烷燃料电池。电解质：KOH；正极(通O2)：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－；总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O。
(2)甲醇燃料电池。电解质：KOH；正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。
(3)肼燃料电池。电解质：KOH；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O；总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O。
(4)熔融盐燃料电池。比如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极反应物，空气与CO2的混合气为正极反应物，制得在650 ℃下工作的燃料电池。总反应：2CO＋O2===2CO2。
2．书写燃料电池的电极反应式应注意的问题(1)电池的负极一定是可燃性气体失电子，发生氧化反应。电池的正极一定是助燃性气体(一般是O2)得电子，发生还原反应。(2)电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。(3)电极反应式作为一种特殊的离子方程式，也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。
一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．该燃料电池A是正极，B是负极B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O【答案】D
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________，在导线中电子的流动方向为________(用a、b和箭头表示)。电池中的交换膜为阴离子交换膜，则溶液中OH－的移动方向为由___池移向____池(填“左”或“右”)。 (2)负极反应式为____________________________，正极反应式为_______________________________。
【答案】 (1)化学能转化为电能 a→b 右 左(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
1．下列有关电池的叙述正确的是( )A．手机用的锂离子电池属于一次电池B．锌锰干电池中，锌电极是负极C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原D．太阳能电池的主要材料为二氧化硅【答案】B
2．(2019·海南卷)(双选)微型银－锌电池可用作电子仪器的电源，其电极分别是Ag/Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，下列说法正确的是( )A．电池工作过程中，KOH溶液浓度降低B．电池工作过程中，电解质溶液中OH－向负极移动C．负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2D．正极发生反应Ag2O＋2H＋＋2e－===Ag＋H2O【答案】BC
【解析】从电池总反应方程式分析，KOH未被消耗，H2O被消耗，溶液KOH的浓度增大，A错误；负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，OH—向负极移动，B、C正确；电解质为KOH溶液，正极反应式不能出现H＋，D错误。
A．通氧气的电极为负极B．参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变
4．铅酸蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是( )A．Pb为正极被氧化B．溶液的pH不断减小D．电解质溶液的密度不断减小【答案】D
5．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据上述信息，完成下列各题。(1)判断下列叙述正确的是________。A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应：_____________________________。(3)电池工作时，负极区的pH________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。【答案】(1)C (2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag (3)减小 增大 不变【解析】(1)由两电极反应相加可得电池总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，由总反应知，在使用过程中KOH不被消耗，A错误；由电极反应可知Zn是负极，发生氧化反应，Ag2O是正极，发生还原反应，电子由Zn极流向Ag2O极。C正确，B、D均错误。(3)电解质溶液为KOH溶液，使用时，负极区消耗OH－，pH减小；正极区产生OH－，pH增大，消耗和产生的OH－的量相等，H2O的量不变，则电解质溶液的pH不变。
6．经过长时间的研发和多次展示后，科技工作者开发出了甲醇燃料电池，该电池反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。请回答下列问题：(1)该燃料电池的电解质是__________。 (2)由电池反应可知，放电时该电池的负极反应物为__________，该物质发生______反应，负极的电极反应式为______________________。 (3)电池使用过程中，当有0.5 ml电子转移时，消耗甲醇的质量是________ g(结果保留两位小数)。 (4)放电一段时间后，通入O2的电极附近溶液的pH________(填“升高”“不变”或“降低”)。
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