高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池课文配套ppt课件

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池课文配套ppt课件，共4页。PPT课件主要包含了第一节原电池，第2课时化学电源，新课情景呈现，课前素能奠基，重金属，MnO2，Ag2O，ZnOH2，＋2OH－，工作原理等内容，欢迎下载使用。
1．了解常见化学电源的工作原理。2．了解新型化学电源的工作原理。1．通过对常见化学电池的分析，培养证据推理与模型认知的能力。2．通过认识新型化学电源的作用及废旧电池对环境的危害，形成科学态度与社会责任意识。
现在，各种各样的电池特别多，像手电筒上用的干电池，手机上用的锂电池，汽车上用的蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等，种类繁多。你知道化学电池是怎样分类的吗？
电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有一次电池、可充电电池和燃料电池等。一次电池只能放电不能充电，使用后即弃去，因此可能造成环境污染。可充电电池也称为二次电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向。
一、化学电池化学电池是将_______能变成_____能的装置。1．化学电池的分类：
2．判断电池优劣的主要标准：3．化学电池回收利用：废旧电池中含_________和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。
二、一次电池一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。一次电池不能充电，不能反复使用。碱性锌锰电池与银锌电池比较
Zn＋2OH－－2e－===
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag
三、二次电池(铅蓄电池)1．构造：
3．铅蓄电池的优缺点：(1)优点：性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电；生产生活中使用广泛。(2)缺点：比能量低，废弃电池污染环境。
四、燃料电池1．定义：把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。2．氢氧燃料电池的结构：
3．氢氧燃料电池的工作原理。负极：_____失电子；正极：_____得电子；电解质溶液：___________________。
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
4.优点：(1)能量转化率高。(2)污染_____。
1．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为硫酸，工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下面结论正确的是( 　　)A．Pb为正极，被氧化B．负极的质量逐渐减轻D．电解液密度不断减小
2．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。下列关于原电池和干电池的说法不正确的是( 　　)A．两者正极材料不同B．MnO2的放电产物可能是KMnO4C．两者负极反应式均为Zn失电子D．原电池中Zn与稀硫酸存在自行消耗的现象
解析：锌—铜—硫酸原电池的正极材料是金属铜，锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，两者正极材料不同，故A正确；锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，发生得电子的还原反应，元素的化合价应该降低，故B错误；锌—铜—硫酸原电池负极材料是金属锌，锌锰碱性干电池的负极材料是金属锌，两者负极上都是发生金属锌失电子的氧化反应，故C正确；锌—铜—硫酸可以构成原电池装置，金属锌和硫酸之间发生反应，Zn与稀硫酸存在自行消耗的现象，故D正确。
3．下列有关电池的说法错误的是( 　　)A．手机中用的锂离子电池属于二次电池B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
解析：手机中用的锂离子电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，属于二次电池，A正确；甲醇燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源，B正确；铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，电子沿外电路从负极锌流向正极铜，C错误；铅蓄电池使用一段时间后电解质硫酸消耗，酸性减弱，导电能力下降，D正确。
问题探究：1．充电电池充电时的反应和放电时的反应是否为可逆反应？2．铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 ml电子时，负极增重多少克？
知识归纳总结：1．二次电池充电时的电极连接：(1)充电时的连接方法——正正负负，即：
(2)充电电池电极反应式的关系——负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极，即：
2．化学电源中电极反应式的书写：方法一：根据装置书写电极反应式。①先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。②书写电极反应式：
a．电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－b．电解质是酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O③正负电极反应式相加得到电池的总反应方程式。方法二：根据电池总反应式，写电极反应式。①标价态，定正负→根据元素化合价的变化情况确定正负极。②列物质→判断电极的反应物、产物。③标得失→分析化合价的升降，找出得失电子数。④看环境，配守恒→配平电荷、配平原子。
方法三：充电电池电极反应式的书写方法。①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
工业生产中的二氧化碳过度排放加剧了地球的温室效应，某科技工作团队研究利用电化学将其转化为CO作为燃料再利用，转化的基本原理如图所示。
下列说法正确的是( 　　)A．M为电池负极，电池工作一段时间，M极附近溶液pH不变B．N为电池正极，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－C．穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向D．电路中转移1 ml电子时，N极电解质溶液增重8 g
解析：根据图示，M极上水失电子放出氧气，M电极发生氧化反应，M为电池负极，负极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电池工作一段时间，M极附近溶液pH降低，故A错误；根据图示，N极上二氧化碳得电子生成一氧化碳，N电极发生还原反应，N为电池正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，故B错误；原电池中阳离子向正极移动，N是正极，穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向，故C正确；根据CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，电路中转移1 ml电子时，N极生成0.5 ml水，电解质溶液增重9 g，故D错误。
规律方法指导：解答有关化学电源电极反应式书写试题的思维流程
科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
问题探究：1．氢氧燃料电池如果用稀硫酸作电解质溶液，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将如何变化？溶液的pH将如何变化？2．已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计燃料电池？
探究提示：1．减小。增大。反应过程中电解质不被消耗，但氢气和氧气反应生成水，使溶液变稀，pH增大。2．能。氢气可以在氯气中发生自发的氧化还原反应。
知识归纳总结：1．燃料电池的工作原理：一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。
2．有机燃料电池电极反应式书写方法：电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。第一步：确定生成物。
第二步：确定价态的变化及转移电子数。乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为－2，CO中碳元素的化合价为＋4，故1 ml乙醇完全反应失去2×[4－(－2)]＝12 (ml)电子。第三步：列出表达式。第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数。由碳原子守恒确定CO的化学计量数为2，由电荷守恒确定OH－的化学计量数为16。
3．燃料电池的负极反应(1)列变化。负极上燃料转化为燃烧产物。若电解质为碱性溶液，含碳或含硫燃料的燃烧产物还发生与碱溶液的反应。
4．常见的四种典型燃料电池：
第16届海南国际车展上展出了中国研制的新型燃料电池汽车，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。某种质子交换膜燃料电池如图所示。下列说法正确的是( 　　)A．该电池的a极发生氧化反应B．正极反应为O2＋4e－＋2H2O=== 4OH－C．质子(H＋)通过质子交换膜移动到a电极D．该燃料电池的能量转化率可达到100%
解析： 该电池的a极，氢气失电子生成氢离子，发生氧化反应，故A正确；电解质溶液呈酸性，产生的电极产物在电解质溶液中要能稳定存在，正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故B错误；在原电池中阳离子向正极移动，即氢离子通过质子交换膜移动到正极b，故C错误；电池中存在化学能转化为热能的能量转化，则化学能不可能100%转化为电能，故D错误。
用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是( 　　)A．电极X作负极B．当有0.001 ml CH3CH2OH反应，理论上有0.002 ml电子通过外电路C．正极电极反应式是O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移
解析：由图示可知，电极X上乙醇转化为乙酸，碳元素化合价升高，乙醇失电子，电极X负极，电极Y是正极。电极X为负极，A正确；每1 ml CH3CH2OH被氧化为CH3COOH，则有4 ml电子转移，故当有0.001 ml CH3CH2OH反应，理论上有0.004 ml电子通过外电路，B错误；正极氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C正确；D项，原电池中阳离子向正极移动，即H＋向正极迁移，质子通过交换膜从左往右迁移，D正确。
氢氧燃料电池中的电极反应氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为H＋的反应，如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的H＋瞬间与溶液中大量存在的OH－结合生成水。因此，实际发生的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O如果在酸性条件或中性条件下，电极反应为：H2－2e－===2H＋
类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中氧元素被还原为－2价。通常情况下，－2价的氧原子在水溶液中不能独立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氢氧燃料电池中，－2价的氧原子则只能存在于水分子或OH－中。如果是酸性条件，还原产生的－2价的氧原子与周围的H＋结合生成水，电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
如果反应条件为中性或碱性，－2价的氧原子主要存在于OH－中，因此电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－由此可见，书写电极反应式时，除了应该考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。
1．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是( 　　)　　　 　　　 A．图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出B．图Ⅱ所示干电池中石墨作负极C．图Ⅲ所示电池为二次电池D．图Ⅳ所示电池中正极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
解析：原电池工作时，电子从负极流出，图Ⅰ所示电池中，锌为负极，则电子从锌片流出，A正确；图Ⅱ所示干电池中石墨作正极、锌作负极，B错误；铅蓄电池对外供电时，铅作负极、二氧化铅作正极，当充电时，铅作阴极，二氧化铅作阳极，可反复使用，故图Ⅲ所示电池为二次电池，C正确；图Ⅳ所示电池为氢氧燃料电池，其中，氧气在正极得到电子发生还原反应，正极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D正确。
2．“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是( 　　)
3．“绿水青山就是金山银山”，利用原电池原理治理各种污染是科研工作人员致力研究的重要课题之一。
(1)硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。①指出a极和b极的名称，并写出电极反应式。②结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。
(2)碳排放是影响气候变化的重要因素之一。最近，科学家开发出一种新系统，“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，生成电能和氢气，其工作原理如图所示。写出生成氢气的电极反应式和此电池的总化学方程式。
解析：(1)①从图示可以看出电子从a极出发，故a极为负极，电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋；b极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。②除去H2S的过程涉及两个反应步骤，第一步Fe2＋在电极上发生反应Fe2＋－e－===Fe3＋；第二步，生成的铁离子氧化硫化氢生成硫单质，离子方程式为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。