第1章 第2节 第2课时 化学电源（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高二化学选择性必修1高中同步学案（鲁科版）

第一章　化学反应与能量转化 第二节　化学能转化为电能——电池 第2课时　化学电源 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 目录 contents Part 01 夯基固本 新知探究 Part 02 检测效果 素养提升 Part 03 课时作业 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 夯基固体 新知探究 返回导航 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 充电 充电和放电 电解池 原电池 放电 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 Zn Zn 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 稀硫酸 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 氧化 还原 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 [答案]　D 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 氧化剂 燃料 氢气 氧气 还原反应 燃烧 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 氯酸钾、二氧 化锰 试管内有 气泡冒出 产生气体能 使带火星木 条复燃 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 检测效果 素养提升 返回导航 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 课时作业（四） 点击进入 word 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 谢谢观看 第一章　化学反应的热效应 返回导航 1 学习目标 核心素养 1.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。2.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，了解新型电池的开发等。 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观(实验现象)探析微观(电子、离子的转移)的变化，能运用化学符号(电极反应式)描述常见简单物质及其变化。2.证据推理与模型认知：能从定性(图中物质的变化等)与定量(电极反应式的叠加)结合上收集证据，能通过定性分析和定量计算推出合理的结论(电池的总反应式等)。3.科学态度与社会责任：深刻认识化学在解决能源危机中的重要作用，能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响，提高环保意识和节能意识。 知识点一　化学电源 1．电池分类及特点 电池 一次电池 可充电电池(二次电池) 燃料电池 特点 只能 不能 可反复 ，充电时是一个 ；放电时是一个 能量利用率高，可连续使用，污染轻 MnO2 2.一次电池(以锌锰干电池为例) 酸性锌锰电池 碱性锌锰电池 基本构造 负极： 负极： 正极： 正极： 电解质：NH4Cl和ZnCl2混合液 电解质：KOH 工作原理 负极反应 正极反应 2MnO2＋2NH eq \o\al(＋,4)＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ MnO2 Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O Zn－2e－===Zn2+ 工作原理 总反应 Zn＋2MnO2＋2NH eq \o\al(＋,4)===Mn2O3＋2NH3＋H2O＋Zn2+ 2MnO2＋H2O ＋Zn===2MnOOH＋ZnO 性能与适用范围 优点：制作简单，价格低廉；缺点：容易发生自放电而导致存放时间段、放电后电压下降较快 优点：比能量和可储存时间比酸性锌锰电池具有较大提高，用于大电流和连续放电 3.二次电池(以铅蓄电池为例) (1)铅蓄电池的构造与组成 pbO2 pb (2)工作原理 放电过程 充电过程 负极： ( 反应) 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO eq \o\al(2-,4)( 反应) 正极： 阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO eq \o\al(2-,4) 总反应：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO eq \o\al(2-,4)===2PbSO4＋2H2O 总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO eq \o\al(2-,4) Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) eq \o(⥫==⥬,\s\up15((放电)),\s\do15(充电))2PbSO4(s)＋2H2O(l) Pb－2e－＋SO eq \o\al(2-,4)===PbSO4 PbO2＋4H＋＋SO eq \o\al(2-,4)＋2e－===PbSO4 ＋2H2O (3)铅蓄电池的优缺点 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。 [思考探究] 　纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液为KOH溶液，电池的负极是________(填电极材料)，正极发生的是________反应(填反应类型)，总反应式为________。其负极电极反应为________、正极电极反应为________。 提示：根据电极反应式，Zn失电子发生氧化反应，在原电池中负极发生失电子的氧化反应，故Zn做负极；在原电池中正极发生得电子的还原反应；总反应式即两极方程式相加消去电子，总反应式为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。其电极反应为：负极Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋ H2O、正极Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 答案：Zn　还原　Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 化学电源电极反应式的书写思路 [典例1]　铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，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 C．SO eq \o\al(2-,4)只向PbO2处移动 D．电解质溶液的密度不断减小 [解析]　由电池总反应方程式可知，铅是负极，二氧化铅是正极；原电池工作时，外电路中电子由负极流向正极；内电路中带负电荷的阴离子(SO eq \o\al(2-,4)和OH－)移向负极；硫酸不断被消耗，pH不断增大，硫酸浓度减小，溶液密度减小。 1．锌锰碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l) eq \o(⥫==⥬,\s\up15(放电),\s\do15(充电))Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)。下列说法错误的是(　　) A.电池工作时，锌失去电子 B．电池正极的电极反应为2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq) 解析：选C　根据电池总反应式可知电池工作时Zn被氧化，为原电池的负极，负极反应为Zn(s)－2e－＋2OH－(aq)===Zn(OH)2(s)，MnO2为原电池的正极，发生还原反应，正极反应为2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)，A、B正确；原电池中，电子由负极经外电路流向正极，C错误；外电路中每通过0.2 mol电子，消耗的Zn的物质的量为0.1 mol，质量为0.1 mol×65 g·mol-16.5 g，D正确。 C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 知识点二　燃料电池 燃料电池不同于一般的电池。它的特点是电池的正、负极反应物分别是 和 。工作时，将反应物分别不断地输入电池的两极，通过燃料(如 )在负极发生氧化反应。氧化剂(如 )在正极发生 ，实现一个相当于 反应的电池反应，将化学能转化为电能。 1．(活动·探究)制作一个简单的燃料电池 设计 目标 设计思路及依据 实验装置 实验现象 选择实验用品 选择实验用品的目的 获得氢气 锌粒、稀硫酸、铁架台、试管、单孔橡皮塞、导气管 获得氧气 、铁架台、试管、单孔橡皮塞、导气管、酒精灯 2KClO3 eq \o(=====,\s\up15(MnO2),\s\do15(△))2KCl＋3O2↑ Zn＋H2SO4=== ZnSO4＋H2↑ 制作氢氧燃料 KOH溶液或稀硫酸或K2SO4溶液，氢气，氧气，石墨棒，U形管，橡胶塞，导线，电流表，电源。 2H2＋O2===2H2O 两极分别通入氢气、氧气后，电流表指针偏转 注意：也可用初中学习过的电解水装置获得氢气和氧气 2．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池用多孔石墨做电极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。 (1)氢氧燃料电池的总反应式是：2H2＋O2===2H2O。 (2)写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应： 介质 负极反应式 正极反应式 酸性(稀硫酸) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 碱性(KOH溶液) 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 中性 2H2－4e－===4H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 注意：除氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，它可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等作为离子导体。 [思考探究] 1．氢氧燃料电池中，正、负极反应物分别是什么？ 提示：根据反应2H2＋O2===2H2O可知，H2中氢元素化合价升高，失去电子发生氧化反应，应在电池负极反应，O2中氧元素化合价降低，得到电子发生还原反应，应在电池正极反应，故正极反应物是O2，负极反应物是H2。 2．哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？ 提示：氢氧燃料电池的电极材料是性质稳定的导体如石墨、金属铂等；强酸溶液如稀硫酸、强碱溶液如KOH溶液、熔融碳酸盐如熔融Na2CO3、固体电解质和离子交换膜等可以作为离子导体。 3．请写出上述实验装置中设计的氢氧燃料电池的电极反应？ 提示：负极反应2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应2H2＋O2===2H2O。 4．如果上述电池的电解质溶液换为稀硫酸，其电极反应是否发生变化？请写出电极反应。 提示：电极反应和介质有关，负极反应2H2－4e－===4H＋，正极反应O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 5．除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极通常还有哪些物质？正极放电的是什么物质？ 提示：燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体；正极放电的是氧气。 6．用稀硫酸作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应如何书写？并写出总反应式。若用KOH作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应式变化吗？试分别写出两极的电极反应。 提示：甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2 eq \o(=====,\s\up15(点燃))CO2＋2H2O，其中正极反应为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，负极反应为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。变化；因为CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，故总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO eq \o\al(2-,3)＋3H2O，其中正极反应为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO eq \o\al(2-,3)＋7H2O。 1．燃料电池的组成和工作原理 (1)组成 (2)工作原理(以酸性氢氧燃料电池为例) 利用质子交换膜技术，使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下，在负极将氢气催化分解成为质子，这些质子通过质子交换膜到达正极，在氢气的分解过程中释放出电子，电子通过负载被引出到正极，这样就产生了电能。 3．牢记四类燃料电池的正极反应式 按电解质分类的燃料电池 正极的电极反应式 1.碱性燃料电池 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2.酸性燃料电池 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 3.熔融碳酸盐燃料电池 O2＋2CO2＋4e－===2CO eq \o\al(2-,3) 4.固体氧化物燃料电池 O2＋4e－===2O2- 5.质子交换膜 O2＋4e－＋4H＋===2H2O 重要提醒：(1)燃料电池负极反应产物的判断 碱性介质：C元素―→CO eq \o\al(2-,3)，其余介质： C―→CO2 酸性介质：H元素―→H＋，其余介质： H―→H2O (2)配电荷守恒的方法： 用电解质溶液中的离子平衡电荷。阴离子(OH－、O2-、CO eq \o\al(2-,3))在负极反应左侧，阳离子(H＋)在负极反应右侧。 [典例2]　氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下所示。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是(　　) A．该电池中电极b是正极 B．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a C．该电池的正极反应为O2 ＋4H＋＋4e－===2H2O D．该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O [解析]　燃料电池中，通氧气的一极为正极，即b为正极，A正确；外电路中电子由负极通过导线流向正极，所以电子由电极a通过导线流向电极b，B错误；该电池的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C正确；氢氧燃料电池的正、负极反应物分别为氧气和氢气，该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，D正确。 [答案]　B 2．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　) A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C．电池反应的化学方程式为 CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析：选C　在原电池中，电解质溶液中的阳离子应向正极移动，A错误；每消耗1 mol O2，转移4 mol电子，若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24 L O2，B错误；根据题意，电解质溶液呈酸性，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D错误。 [课堂检测] 1．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是(　　) A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用 解析：选B　该原电池负极反应为Al－3e－＋3OH－===Al(OH)3，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，工作时电子由负极流向正极，而电流由正极流向负极，答案为B。 2．目前常见的燃料电池主要有四种，下面是这四种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是(　　) 解析：选C　A中通空气的一极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2-。B中通O2的一极为正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。C中通空气的一极为正极，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极，电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO eq \o\al(2-,3)。 3．一种新型锂—氮电池的装置图如下，它以可传递Li＋的醚类物质作电解质，电池的总反应为6Li＋N2===2Li3N。电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．X极发生还原反应 B．电流由X极经用电器流入Y极 C．转移1 mol电子时，有2 mol Li＋由左向右移动 D．Y极电极反应式为6Li＋＋N2＋6e－===2Li3N 解析：选D　由装置图可知X极为锂电极，为负极，发生氧化反应，Y极通入的是N2，为正极，发生还原反应。X极为负极，发生氧化反应，故A错误；电流由Y极经用电器流入X极，故B错误；X极电极反应式为Li－e－===Li＋，转移1 mol电子时，有1 mol Li＋由左向右移动，故C错误；Y极为正极，发生还原反应，电极反应式为6Li＋＋N2＋6e－===2Li3N，故D正确。 4．瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如下图，有关说法正确的是(　　) A．电池工作时，Na＋向负极移动 B．电子由电极2经外电路流向电极1 C．电池总反应为：4NH3＋3O2===2N2＋6H2O D．电极2发生的电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O 解析：选C　先分析进出电极物质的化合价，判断电池正、负极，NH3→N2，N元素化合价升高，故电极1为原电池负极，电极2为原电池正极，电池工作时，Na＋向正极移动，电子由电极1经外电路流向电极2，电极2电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电极1电极反应式为：2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O。 5．化学电源是化学对人类的一项重大贡献。 (1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： 1 电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应为__________________________ ②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在65 ℃下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式： 负极反应：2CO＋2CO eq \o\al(2-,3)－4e－===4CO2； 正极反应：__________________________ 总电池反应式：__________________________ 解析：(1)CH4在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。由于电池工作过程中会消耗OH－，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。(2)正极发生还原反应，故正极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO eq \o\al(2-,3)，根据正极反应＋负极反应＝总电池反应，可推知总电池反应式应为2CO＋O2===2CO2。 答案：(1)①a　CH4＋10OH－－8e－===CO eq \o\al(2-,3) ＋7H2O　②减小　(2)O2＋2CO2＋4e－===2CO eq \o\al(2-,3)　2CO＋O2===2CO2 $$