第1章 第3节 微项目1 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用（课件PPT）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修1（鲁科版2019）

化学反应与能量转化 第1章 微项目1　设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用 (1)氢氧燃料电池中，氢气通入负极，发生氧化反应，氧气通入正极，发生还原反应。碱性环境中水在负极生成，酸性环境中水在正极生成。 (2)设计氧气的获取方案时，要尽可能地将人体代谢废物中的氧元素转化为氧气，从而保证氧元素的持续循环。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 1．尝试设计载人航天器用化学电池 (1)选择合适的电池反应和优化电池装置结构，提高电池单位质量输出的电能。 (2)电池反应确定后，需要进行电池装置结构的优化，如电解质(离子导体)、电极材料的选择，辅助装置的设计等。 (3)降低电池内阻，提高电池的工作效率，从而增大电池单位质量输出的电能。电池的内阻与离子导体的导电性等因素有关。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (4)两类氢氧燃料电池的比较 培根型碱性氢氧燃料电池 质子交换膜氢氧燃料电池 部分 结构 示意 图 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 培根型碱性氢氧燃料电池 质子交换膜氢氧燃料电池 电极 反应 负极：H2＋2OH－－2e－===2H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：H2－2e－===2H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O 电池 优点 主要通过外加循环设备的方式解决电解质溶液稀释和变质的问题 通过使用质子交换膜作为离子导体，从根本上解决了电解质溶液的稀释和变质问题 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．尝试设计载人航天器的氧气再生方案 (1)物质转化时，一定会伴随能量变化，通过焓变计算可以预测是否需要提供能量来维持化学反应的进行，或者是否可以利用化学反应释放的能量，从而合理利用航天器中有限的能量。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 1．以电解质溶液作为离子导体的氢氧燃料电池，溶液的酸碱性对电池的工作效率有什么影响？如何避免产生上述问题？ 提示　使用时会生成水稀释电解质溶液，碱性电解质溶液会与CO2反应，会导致电池内阻增大，降低电池的工作效率。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 提示　由①×4－②可得反应：CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝(－241.8 kJ/mol)×4－(－802.3 kJ/mol)＝－164.9 kJ/mol。为保证转化率、控制反应器内温度，一般将进入反应器的气体提前加热至反应温度。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 1．我国“天宫一号”的供电系统(RFC)是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，下列有关说法正确的是 (　　) 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L A．图1把化学能转化为电能，图2把电能转化为化学能，水得到了循环使用 B．当有0.1 mol电子转移时，a极产生0.56 L O2(标准状况下) C．c极上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．图2中电子从c极流向d极，提供电能 答案　C　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 解析　图1是电解池，将电能转化为化学能，图2为原电池，将化学能转化为电能，A错误；a极与电源的负极相连，作电解池的阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，转移0.1 mol电子时，a极产生0.05 mol H2，在标准状况下的体积为0.05 mol×22.4 L/mol＝1.12 L，B错误；b极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，产生的O2进入A管，在c极上发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C正确；c极为燃料电池的正极，d极为负极，电子由负极流向正极，即从d极流向c极，并提供电能，D错误。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　) A．a处通入氧气，b处通氢气 B．通入H2的电极发生反应：H2－2e－===2H＋ C．a为负极，发生氧化反应 D．该装置将化学能最终转化为电能 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 答案　C　 解析　由LED发光二极管中e－和○＋的移动方向可知，a极是负极，b极是正极，故a处通