1.2 化学能与电能的转化（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修第一册（苏教版2019）

1.原电池:将化学能转化为电能的装置。 2.原电池的构成条件 ①两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属); ②电解质; ③溶液、导线将两电极连接,形成闭合回路; ④有能自发进行的氧化还原反应。 第二单元 化学能与电能的转化 必备知识 清单破 知识点 1 原电池工作原理 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 装置   现象 锌片逐渐溶解,铜片上有红色物质析出,电流表指针发生偏转 电极名称 Zn电极——负极 Cu电极——正极 得失电子 失电子 得电子 反应类型 氧化反应 还原反应 电极反应 Zn-2e-  Zn2+ Cu2++2e-  Cu 3.原电池工作原理(以锌铜原电池为例) 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 1.加快氧化还原反应的速率 例如:在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,能使产生H2的速率加快。 2.比较金属的活动性   知识点 2 原电池工作原理的应用 3.设计原电池 电解质溶液:一般能与负极反应,或者溶解在溶液中的物质(如O2)能与负极反应。 电极材料:一般较活泼的金属作负极,较不活泼的金属或石墨等惰性电极作正极。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 1.一次电池 (1)碱性锌锰电池 负极:Zn+2OH--2e-  Zn(OH)2; 正极:2MnO2+2H2O+2e-  2MnOOH+2OH-; 电池反应:Zn+2MnO2+2H2O  2MnOOH+Zn(OH)2。 (2)银锌纽扣电池 知识点 3 化学电源 负极:Zn+2OH--2e-  Zn(OH)2; 正极:Ag2O+H2O+2e-  2Ag+2OH-; 电池反应:Zn+Ag2O+H2O  2Ag+Zn(OH)2。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 2.二次电池 (1)铅蓄电池 ①铅蓄电池的放电反应是原电池反应: 负极:Pb+S -2e-  PbSO4; 正极:PbO2+S +4H++2e-  PbSO4+2H2O; 电池反应:Pb+PbO2+4H++2S   2PbSO4+2H2O。 ②铅蓄电池的充电反应是上述反应的逆过程: 阴极:PbSO4+2e-  Pb+S ; 阳极:PbSO4+2H2O-2e-  PbO2+4H++S ; 充电总反应:2PbSO4+2H2O  Pb+PbO2+4H++2S 。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 (2)锂离子电池 正极材料采用磷酸铁锂或钴酸锂等,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。以钴酸锂—石墨锂电池为例,放电时电极反应表示为: 负极:LixC6-xe-  6C+xLi+; 正极:Li(1-x)CoO2+xLi++xe-  LiCoO2; 电池反应:LixC6+Li(1-x)CoO2  LiCoO2+6C。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念   氢氧燃料电池用Pt作电极,不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2),分别在两极发生氧化反应和还原 反应,电池总反应式是2H2+O2  2H2O。 3.燃料电池——氢氧燃料电池 (1)燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电池。 (2)燃料电池的工作原理 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 负极反应式 正极反应式 酸性 2H2-4e-  4H+ O2+4H++4e-  2H2O 中性 2H2-4e-  4H+ O2+2H2O+4e-  4OH- 碱性 2H2-4e-+4OH-  4H2O O2+2H2O+4e-  4OH- (3)氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 1.基本概念 (1)电解:在直流电的作用下,在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池:把电能转化为化学能的装置。 (3)电极名称 阴极:与电源负极相连的电极,发生还原反应。 阳极:与电源正极相连的电极,发生氧化反应。 2.电解熔融氯化钠 阴极:2Na++2e-  2Na(还原反应),生成银白色金属; 阳极:2Cl--2e-  Cl2↑(氧化反应),有气泡产生; 电解反应:2NaCl  2Na+Cl2↑。 知识点 4 电解与电解池 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 3.电解CuCl2溶液   阴极:Cu2++2e-  Cu(还原反应),有红色物质析出; 阳极:2Cl--2e-  Cl2↑(氧化反应),有黄绿色气体生成; 电解反应:CuCl2  Cu+Cl2↑。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念   阴极:2H2O+2e-  H2↑+2OH-(还原反应); 阳极:2Cl--2e-  Cl2↑(氧化反应); 4.电解饱和食盐水——氯碱工业基础 电解反应:2NaCl+2H2O  2NaOH+H2↑+Cl2↑(离子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑)。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 5.电镀 (1)定义:应用电解原理在某些金属或其他材料制品表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。 (2)目的:a.增强材料的抗腐蚀能力; b.提升美观或增加表面硬度。 (3)电镀装置 在餐具上镀银时,餐具作为阴极,银作为阳极,含有Ag+的溶液作为电解液,发生的反应如下: 阴极:Ag++e-  Ag(还原反应); 阳极:Ag-e-  Ag+(氧化反应)。 注意    电镀过程中电镀液浓度基本不变。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 6.铜的电解精炼 (1)阳极:粗铜作电极,铜和比铜活泼的金属杂质失去电子,转化为阳离子进入溶液,金、银等活 动性较弱的金属沉积下来形成阳极泥。 (2)阴极:纯铜薄片作电极,溶液中铜离子得到电子成为金属铜析出,得到精铜。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.原电池是将化学能转化为电能的装置,放热反应均可设计成原电池。这种说法对吗? 2.活泼性不同的金属作原电池的两个电极,负极金属的活泼性一定比正极金属的活泼性强。 这种说法对吗? 3.甲烷燃料电池的负极一定是甲烷参与电极反应,失去电子生成CO2。这种说法对吗? 4.电解一定体积、一定浓度的硫酸铜溶液时,两极一定分别生成铜和氧气。这种说法对吗? 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.不对。一般情况下,放热的氧化还原反应可设计成原电池。 2.不对。负极金属不一定比正极金属活泼,需看哪种金属能发生自发的反应,如镁、铝与氢氧 化钠溶液形成原电池,铝可与氢氧化钠溶液反应,镁不能反应,所以相对不活泼的铝作负极。 3.不对。若为碱性电池,则甲烷失去电子与氢氧根离子结合生成碳酸根离子。 4.不对。阳极的电极反应与电极材料有关,若为铜电极则不生成氧气,若使用惰性电极电解, 电解的后期实质可能是电解水,不会生成铜。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 　  1.原电池正、负极的判断   关键能力 定点破 定点 1 原电池正、负极及离子和电子移动方向的判断 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 2.原电池中阴、阳离子及电子的移动方向分析 (1)外电路:电子由负极流向正极,与电流方向相反。 (2)内电路:阴离子移向负极,阳离子移向正极。具体情况如图。   注意    电子在导线中定向移动而不能在溶液中通过,自由离子在溶液中移动而不能在导线中 通过。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 典例 如图所示的双液原电池,下列叙述正确的是 (　    )   A.负极的电极反应式是Ag++e-  Ag B.Cu电极上发生氧化反应 C.盐桥中的阳离子向左池移动 D.外电路中,电流从Cu电极流向Ag电极 B 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨：根据原电池反应原理,铜电极为负极,铜失去电子发生氧化反应;银电极为正极,银 离子得电子发生还原反应。 解析：负极铜失去电子,发生氧化反应,A错误,B正确;原电池中,阳离子向正极移动,故盐桥中 的阳离子向右池移动,C错误;电子由Cu电极流向Ag电极,电流方向与电子移动方向相反,故电 流从Ag电极流向Cu电极,D错误。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 1.一般步骤   书写电极反应式需遵守离子方程式的书写要求,如难溶物、难电离物、气体、单质、氧化物 定点 2 原电池电极反应式的书写 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 等均应写成化学式形式。电解质溶液中的离子若与电极反应生成的离子不能共存,则电解质 溶液中的离子参与电极反应,应写入电极反应式。 2.二次电池电极反应式的书写 (1)先标出电池总反应中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中 的各离子共存)。 (3)在得失电子守恒的基础上,用总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。 (4)充电反应是放电反应的逆过程。 3.燃料电池电极反应式的书写 (1)先写出燃料电池总反应 一般都是可燃物在氧气中燃烧的反应方程式(反应条件不同)。若“燃烧产物”能与电解质 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 溶液反应,则“燃烧产物”与电解质溶液反应的方程式与其相加得总反应方程式。 (2)再写出燃料电池正极的电极反应式 燃料电池正极都是O2得到电子发生还原反应,基础反应为O2+4e-  2O2-。 ①电解质为固体时,O2-可自由通过,正极的电极反应式为O2+4e-  2O2-; ②电解质为熔融的碳酸盐时,正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-  2C ; ③电解质处于中性或碱性环境时,正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O  4OH-; ④电解质处于酸性环境时,正极的电极反应式为O2+4e-+4H+  2H2O。 (3)最后写出燃料电池负极的电极反应式 燃料电池负极的电极反应式=总反应式-正极的电极反应式。 方法技巧    根据题干信息找出放电物质→正确判断产物→根据元素化合价变化配电子→根 据电荷守恒配电荷(注意介质的环境,是酸性溶液、碱性溶液或非水体系等)→根据原子守恒 配原子。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 典例 氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700 ℃),具有效率高、噪声低、无污 染、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该 电池的说法正确的是 (　    ) A.电池工作时,熔融碳酸盐只起导电的作用 B.负极反应式为H2-2e-+C   CO2+H2O B C.该电池可利用工厂中排出的CO2,减少温室气体的排放 D.电池工作时,外电路中通过0.2 mol电子,消耗3.2 g O2 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨：本题中燃料电池与一般燃料电池不同的是电解质,电解质是熔融的碳酸盐。从图 示中可分析出,通入氢气的电极是负极,生成的氢离子与碳酸根离子反应生成二氧化碳气体 和水,正极氧气得到电子生成的氧离子与二氧化碳结合成碳酸根离子。 解析：根据题给图示可知,在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中,通入氢气的电极为负极,电极反应 式为H2-2e-+C   CO2+H2O;通入氧气的电极为正极,电极反应式为O2+2CO2+4e-  2C ; 总反应式为2H2+O2  2H2O。根据上述分析可知,电池工作时,熔融碳酸盐参与了电极 反应,A项错误;负极反应式为H2-2e-+C   CO2+H2O,B项正确;根据总反应式可知,该电池 工作时没有消耗二氧化碳,不能减少温室气体的排放,C项错误;电池工作时,外电路中通过 0.2 mol电子,消耗0.05 mol氧气,则消耗氧气的质量为1.6 g,D项错误。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 1.电解池阴、阳极的判断方法   定点 3 电解原理和电解规律 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 2.电极产物的判断 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 3.用惰性电极电解电解质溶液的类型 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 典例 用惰性电极进行下列电解,有关说法正确的是 (　    ) ①电解稀硫酸　②电解Cu(NO3)2溶液　③电解KOH溶液　④电解NaCl溶液 A.电解进行一段时间后,四份溶液的pH均增大 B.②中电解一段时间后,向溶液中加入适量的CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况 C.③中阳极消耗OH-,故溶液浓度变小 D.④中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1 B 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨：该题需分析各溶液中的电解对象,各电极的电极反应。恢复溶液,需考虑体系中 生成了什么物质,各多少,遵循的原则是“少多少加多少”。 解析： A项,①②电解后溶液酸性增强,pH减小;B项,②中反应为2Cu2++2H2O  2Cu+O2↑+4H+, 故加入适量CuO固体可使溶液恢复到电解前的情况;C项,③中反应为2H2O  2H2↑+O2↑, 故KOH溶液浓度增大;D项,④中反应为2Cl-+2H2O  H2↑+Cl2↑+2OH-,阴极产生H2,阳极产生 Cl2,二者物质的量之比为1∶1。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒：(1)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大; 若阴、阳极分别为H+、OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大。(2)用惰性电极电解 时,若使电解后的溶液恢复原状态,应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则,一般加入 阴极产物与阳极产物的化合物,例如电解CuSO4溶液,发生反应2CuSO4+2H2O  2Cu+O2↑+ 2H2SO4,若使溶液恢复原状态,可向溶液中加入CuO,若加入Cu(OH)2会使溶液中水量增多, CuSO4溶液被稀释。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 要多角度、动态地去分析电化学中的化学反应,既能从宏观上认识电化学装置(原电池和电 解池)中发生的变化,又能从微观的角度(电子的转移、离子的移动等)分析其反应的本质(氧 化还原反应)。利用典型的原电池装置和电解池装置,分析其原理,建立相关的思维模型,并能 运用模型分析解决问题。如:原电池及其正、负极的判定,电解问题的分析方法,电解规律的 应用等。常见解题模型有: 定点 4 建模思想在电化学中的应用 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念   1.(2)几个关键点 ①要注意介质是什么,是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正、负极,同时考虑该离子参与靠近一极的电 极反应。 1.解答燃料电池的步骤 (1)思维模型 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 2.图解二次电池的充、放电 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 种类 允许通过的离子及移动方向 说明 阳离子交换膜 阳离子移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过 阴离子交换膜 阴离子移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过 质子交换膜 质子移向电解池的阴极或原电池的正极 不允许除H+外其他离子通过 双极膜 膜的一侧为阳膜,只允许阳离子通过,另一侧为阴膜,只允许阴离子通过 也称双极性膜 3.离子交换膜的类型 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 典例 某储能电池原理如图。下列说法正确的是 (　    )   A.放电时负极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e-  NaTi2(PO4)3+2Na+ B.放电时Cl-透过多孔活性炭电极向左池迁移 C.放电时每转移1 mol电子,理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2 D.充电过程中,NaCl溶液浓度增大 A 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨：充电时,可充电电池的正极连接外接电源的正极,可充电电池的负极连接外接电 源的负极。 解析：放电时钛电极为负极,Na3Ti2(PO4)3失去电子,发生氧化反应,电极反应:Na3Ti2(PO4)3-2e-   NaTi2(PO4)3+2Na+,A正确;放电时,阴离子移向负极,所以Cl-透过多孔活性炭电极向右池 中迁移,B错误;正极:Cl2+2e-  2Cl-,每转移1 mol电子,理论上Cl2/CCl4释放0.5 mol Cl2,C错误;充电过程中,阳极反应:2Cl--2e-  Cl2,消耗Cl-,NaCl溶液浓度减小,D错误。 专题1　化学反应与能量变化 第1讲　描述运动的基本概念 $$