专题1 第2单元 第2课时 化学电源（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（苏教版2019）

专题1　化学反应与能量变化 第二单元　化学能与电能的转化 第2课时　化学电源 栏目索引 基础落实·梳理必备知识 重难探究·提升关键能力 学以致用·发展学科素养 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 一、化学电源概述 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 二、一次电池 1．普通锌锰干电池和碱性锌锰电池比较 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 锌筒 石墨棒 锌粉 二氧化锰 氢氧化钾 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 2MnO2＋2H2O＋2e－=== 2MnOOH＋2OH－ Zn＋2MnO2＋2H2O=== 2MnOOH＋Zn(OH)2 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 2.银锌纽扣电池 (1)构造示意图 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (2)电极反应式及电池反应方程式 负极：____________________________________ 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 电池反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag (3)优点：银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点。 (4)用途：常制成纽扣式微型电池，广泛用于电子手表、计算器和其他微型电子仪器中。 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 三、二次电池 1．铅蓄电池 (1)构造与组成 铅蓄电池由两组平行的栅状铅合金极板交替排列作为主架，正极板上覆盖PbO2，负极板上覆盖Pb，电解质是硫酸。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (2)工作原理 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (3)铅蓄电池的特点 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 2．锂离子电池 (1)构造与组成 锂离子电池由正极、负极和电解质溶液三部分组成，正极材料多采用磷酸铁锂(LiFePO4，也称磷酸亚铁锂)或钴酸锂(LiCoO2)等，一般是具有可供锂离子嵌入或脱嵌(即可逆嵌脱)结构的化合物。负极材料大多数是碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨等。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (2)工作原理(以钴酸锂-石墨锂电池为例) LixC6－xe－===6C＋xLi＋ Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 LixC6＋Li(1－x)CoO2===LiCoO2＋6C 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (3)反应过程 在放电过程中，锂离子从负极脱出，嵌入到正极。在充电过程中，锂离子从正极材料晶格间脱离出来，嵌入到负极材料里。 在充放电过程中，锂离子在正、负极间不断地进行可逆嵌脱。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 四、燃料电池 氢氧燃料电池 (1)构造示意图 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (2)氢氧燃料电池工作原理 2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (3)电池特点 ①能量转换效率高、废弃物排放少、运行噪音小。 ②工作时，燃料电池的氧化剂和还原剂不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，连续不断地提供电能。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 探究一____一次电池 酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是石墨棒，其周围是由炭粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的填充物，该电池在放电过程中产生MnOOH。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S [问题设计] (1)该电池的正极反应式为____________________________。 (2)电池反应的离子方程式为____________________________。 (3)维持电流强度为0.5 A，电池工作五分钟，理论消耗Zn____________g。(已知F＝96 500 C·mol－1) (4)一种银锌纽扣电池的电池反应为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，正极上的反应是________________________________；电池工作时溶液的pH________________(填“增大”“减小”或“不变”)。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 答案：(1)提示：MnO2＋H＋＋e－===MnOOH (2)提示：Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH (3)提示：0.05 (4)提示：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－　增大 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： (1)酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，锌是负极，电极反应式为Zn－2e—===Zn2＋。中间是石墨棒，石墨棒作正极，二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为MnO2＋H＋＋e—===MnOOH。 (2)负极反应是Zn－2e－===Zn2＋，因此电池反应的离子方程式为Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： (4)由电池反应分析电解质溶液是碱性环境，负极反应式是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，因此正极反应式是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，电解质溶液中OH－的物质的量不变，但消耗水，OH－浓度增大，pH增大。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 化学电池中电极反应式的书写方法及步骤 (1)分析电极反应。负极化合价升高，失电子，发生氧化反应，写出氧化产物的简单形式；正极化合价降低，得电子，发生还原反应，写出还原产物的简单形式。 (2)注意电解质环境。电极产物在电解质溶液中能稳定存在，写出产物的正确存在形式。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (3)根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 (4)根据正、负极得失电子守恒，两电极反应式相加得电池总反应。 (5)若已知电池总反应，可用电池总反应减去某一电极反应式求得另一电极反应式。 【轻巧记忆】 各类电极反应式的一般书写步骤为①列物质，标得失；②选离子，配电荷；③配个数，巧用水；④两式加，验总式。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S A 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S B 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 探究二____二次电池 某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S [问题设计] (1)电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中，说明电极A是电池的正极还是负极？ 提示：电极A是负极。 (2)电池放电时的负极反应式是____________________________。 提示：Li－e－===Li＋ 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (3)充放电时总反应式为Si＋LiCoO2 Lix Si＋Li(1－x)CoO2，充电时阳极反应式为____________________________。 提示：LiCoO2－xe－===Li(1－x)CoO2＋xLi＋。 (4)充电时的连接方式是什么？ 提示：电池的正极与外接电源的正极相连作阳极；电池的负极与外接电源的负极相连作阴极。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 充电电池充电、放电的原理 (1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电和放电的反应不互为可逆反应。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (2)充电、放电时各电极上发生的反应 [注意] 分析放电时电极反应，一定注意分析电解质溶液的酸、碱性或其他性质。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (3)充电电池电极反应式的书写 充电时阴极(或阳极)的电极反应式与该电池放电时负极(或正极)的电极反应式刚好相反。例如，铅蓄电池充电、放电的过程如下图所示。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 【例2】 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。 放电时负极反应式是_________________________，充电时阳极反应式是___________________。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 2．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应式为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 放电时，正极反应式是_____________________________， 充电时Ni与外界电源的________________(填“正极”或“负极”)相连，充电时该电极反应式是____________________________。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 探究三____燃料电池 信息1　某款氢燃料客车上榜第342批公告，搭载质子交换膜燃料电池系统，驱动电机额定功率：90 kW，峰值功率：200 kW，该车采用电机控制器限速，限速69 km·h－1。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 信息2　质子交换膜燃料电池　质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化反应的场所，阴极为氧化剂发生还原反应的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。工作时相当于一直流电源，即其阳极为电源负极，阴极为电源正极。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S [问题设计] (1)试写出该氢氧燃料电池的电极反应式。 提示：负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (2)燃料电池有哪些优点？ 提示：①能量转换效率高。②排放的废弃物少，绿色环保。③燃料与氧化剂方便更换，且能连续不断地提供电能。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S (3)常见的燃料电池还有哪些？ 提示：甲烷、甲醇、肼(N2H4)、氨等都可以作为燃料电池的燃料。 (4)燃料电池通常哪一电极反应式容易书写？ 提示：正极电极反应式容易书写。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 1．有机燃料电池电极反应式的书写方法 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或空气得电子，发生还原反应，要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。 如甲烷碱性(NaOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。 第一步：确定生成物。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 2．书写燃料电池电极反应式的三步骤 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 3．常见的四种典型燃料电池 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S D 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 3．(2023·福建漳州高二训练)CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇-氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是(　　) A．负极的电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2 B．工作时电极b作正极，O2－由电极a向电极b移动 C．工作时电子由电极a通过传感器流向电极b D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高 B 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 1．如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料、氧气为氧化剂、某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700～900 ℃时，O2－可在该固体氧化物电解质中自由移动，生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是(　　) A．电极甲发生还原反应 B．电池内的O2－由电极乙移向电极甲 C．电池反应为N2H4＋2O2===2NO＋2H2O D.当电极甲上消耗1 mol N2H4时，电极乙上有22.4 L O2参与反应 B 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 2．质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．通入氧气的电极发生氧化反应 B．通入氢气的电极为正极 C．导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极 D．正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 解析： 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 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，我国在太阳能光电催化-化学耦合分解硫化氢的研究中获得新进展，相关装置如图所示。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 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气体去除的原理为_______________。 (2)碳排放是影响气候变化的重要因素之一。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。 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 根据图示写出正极的电极反应式：____________________。 答案：(1)①a极为负极，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋；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＋ 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 专题1　化学反应与能量变化 化学 选择性必修1 化学反应原理 S 课时梯级训练(4) 谢谢观看！ $$