高中化學(xué)魯科版 (2019)選擇性必修1第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化本章綜合與測(cè)試圖片ppt課件

這是一份高中化學(xué)魯科版 (2019)選擇性必修1第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化本章綜合與測(cè)試圖片ppt課件，共40頁(yè)。PPT課件主要包含了學(xué)業(yè)基礎(chǔ)，核心素養(yǎng)，當(dāng)堂評(píng)價(jià)，常見(jiàn)的化學(xué)電池，答案AB，關(guān)鍵能力，答案A，答案C，答案BD，答案CD等內(nèi)容，歡迎下載使用。
學(xué)業(yè)要求1.通過(guò)探究載人航天器用化學(xué)電池與氧氣再生方案，嘗試?yán)迷姵卦砑办首?、蓋斯定律等知識(shí)，分析、評(píng)價(jià)真實(shí)環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)轉(zhuǎn)化問(wèn)題，并形成電源選擇和氧氣再生的基本思路。2．通過(guò)分析載人航天器上的電源，了解真實(shí)化學(xué)電池的工作原理與裝置結(jié)構(gòu)，并形成分析化學(xué)電池的一般思路。3．通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，感受化學(xué)知識(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用價(jià)值。
一、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化1．化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化(1)化學(xué)反應(yīng)從反應(yīng)熱角度分為吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。(2)化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)熱通常用熱化學(xué)方程式表示。(3)蓋斯定律：計(jì)算反應(yīng)焓變的一種方法或途徑。2．化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置是原電池，利用了自發(fā)的氧化還原反應(yīng)將物質(zhì)中的化學(xué)能以電能的形式釋放出來(lái)。(2)電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在物質(zhì)之中。
項(xiàng)目活動(dòng)一　嘗試設(shè)計(jì)載人航天器用化學(xué)電池?fù)?jù)觀察者網(wǎng)2020年1月20日的報(bào)道稱，我國(guó)目前最大的航天器——空間站核心艙初樣產(chǎn)品和新一代載人飛船試驗(yàn)船，已經(jīng)先后安全運(yùn)抵海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)。在航天器中，電源是極其重要的組成部分，那么載人航天器上使用的化學(xué)電源是什么？其原理是什么？
【活動(dòng)探究】一、第一代堿性燃料電池——培根堿性氫氧燃料電池1．嘗試畫出“阿波羅”11號(hào)登月飛船中所使用氫氧燃料電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，指出各部分的作用并分析其工作原理。
提示：“阿波羅”11號(hào)登月飛船中所使用氫氧燃料電池是培根型堿性氫氧燃料電池，其裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖：多孔鎳電極作為電池的電極材料，KOH是電解質(zhì)溶液。H2在電極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，O2在電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，H2失去的電子沿導(dǎo)線定向移動(dòng)，從而形成了電流。在電解質(zhì)溶液中陰陽(yáng)離子定向移向兩電極，構(gòu)成閉合回路。
2．為了保持電池的工作效率、有效利用電極反應(yīng)產(chǎn)物，該電池還需要解決哪些問(wèn)題？
提示：在電池的使用過(guò)程中會(huì)生成水，同時(shí)空氣中含有一定量的CO2，因此有兩個(gè)重要問(wèn)題：①電極反應(yīng)生成的水會(huì)稀釋電解質(zhì)溶液，最終導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作；②堿性電解質(zhì)KOH會(huì)與CO2反應(yīng)導(dǎo)致電解質(zhì)變質(zhì)。
3．如果你是電池的設(shè)計(jì)人員，你會(huì)提出哪些思路或方案解決以上問(wèn)題？
提示：①提高H2、O2的濃度；②及時(shí)分離出電極上的產(chǎn)物水；③及時(shí)更換或補(bǔ)充電解質(zhì)溶液。
二、第二代質(zhì)子交換膜燃料電池
4．此電池是怎樣解決電解質(zhì)稀釋和變質(zhì)問(wèn)題的？
提示：改變了電解質(zhì)，使用質(zhì)子交換膜作為離子導(dǎo)體，就不存在吸收CO2變質(zhì)問(wèn)題。使用流場(chǎng)板避免了電解質(zhì)的稀釋問(wèn)題，流場(chǎng)板上帶有溝槽，用以引導(dǎo)氫氣和氧氣流動(dòng)，并將生成的水排出。
5．若在第一代和第二代的燃料電池裝置上分別加裝冷凝水接收裝置，你認(rèn)為應(yīng)該加裝在什么位置？
提示：培根型堿性氫氧燃料電池的水是在負(fù)極一側(cè)生成，因此冷凝水接收裝置應(yīng)加裝在負(fù)極一側(cè)；而第二代質(zhì)子交換膜燃料電池的水在正極上生成，并通過(guò)流場(chǎng)板流出，故應(yīng)在正極一側(cè)加裝。
[提升1]　(雙選)如圖是一種酸性燃料電池酒精檢測(cè)儀，具有自動(dòng)吹氣流量監(jiān)測(cè)與控制的功能，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　)A．電子由呼氣所在的鉑電極流出B．H＋透過(guò)質(zhì)子交換膜流向氧氣所在的鉑電極C．電路中流過(guò)2 ml電子時(shí)，消耗11.2 L O2D．該電池的負(fù)極反應(yīng)為CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋
解析：根據(jù)圖示，通入氧氣的鉑電極為正極，呼氣所在的鉑電極為負(fù)極。電子由呼氣所在的鉑電極流出，A正確；陽(yáng)離子移向正極，H＋透過(guò)質(zhì)子交換膜流向氧氣所在的鉑電極，B正確；未指明標(biāo)準(zhǔn)狀況下，無(wú)法計(jì)算氣體體積，C錯(cuò)誤；根據(jù)圖示，該電池的負(fù)極生成醋酸，電極反應(yīng)式為CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋，D錯(cuò)誤。
狀元隨筆　氫氧燃料電池的分類
項(xiàng)目活動(dòng)二　嘗試設(shè)計(jì)載人航天器的氧氣再生方案航天員每人每天大約消耗0.84 kg氧氣，因載人航天器攜帶的物品有限，因此一些常規(guī)方法都難以滿足長(zhǎng)時(shí)間飛行時(shí)航天員對(duì)持續(xù)供氧的要求。那么航天員在艙內(nèi)消耗的氧氣是怎樣再生的呢？
【活動(dòng)探究】6．如何在載人航天器長(zhǎng)時(shí)間飛行時(shí)為航天員持續(xù)提供氧氣？
提示：由于載人航天中的物質(zhì)和能量資源均十分有限和寶貴，因此應(yīng)盡可能將航天員的代謝產(chǎn)物中的氧元素轉(zhuǎn)化為氧氣，這樣可以保證氧元素的持續(xù)循環(huán)。
7．在航天器中是通過(guò)薩巴蒂爾反應(yīng)將CO2中的氧元素經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)氧氣的再生的。薩巴蒂爾反應(yīng)為
CO2＋4H2 CH4＋2H2O
將上述反應(yīng)依次編號(hào)為①②，利用蓋斯定律反應(yīng)①×4—反應(yīng)②可以得到薩巴蒂爾反應(yīng)，因此薩巴蒂爾反應(yīng)的焓變?chǔ)＝ΔH1×4－ΔH2＝－241.8 kJ·ml－1×4－(－802.3 kJ·ml－1)＝－164.9 kJ·ml－1。
由于此反應(yīng)放熱，因此為了保證轉(zhuǎn)化率、控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度，需要將過(guò)多的反應(yīng)熱傳走，以便廢熱的再利用。
(3)薩巴蒂爾反應(yīng)有什么缺點(diǎn)？
根據(jù)薩巴蒂爾反應(yīng)的方程式可以看出，此反應(yīng)中50%的氫元素進(jìn)入甲烷氣體中，沒(méi)有進(jìn)行再利用。
[提升2]　Mn2＋催化H2O2分解：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH1，其反應(yīng)機(jī)理如圖。?若反應(yīng)Ⅱ的焓變?yōu)棣2，則反應(yīng)Ⅰ的焓變?chǔ)為(反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的計(jì)量數(shù)均為最簡(jiǎn)整數(shù)比)(　　)A．ΔH1－ΔH2 B．ΔH1＋ΔH2 C．2ΔH1－ΔH2 D．ΔH1－2ΔH2
解析：由圖可知反應(yīng)過(guò)程為H2O2＋Mn2＋===2H＋＋MnO2(Ⅰ)、MnO2＋H2O2＋2H＋===Mn2＋＋2H2O＋O2↑(Ⅱ)，題給反應(yīng)可由兩個(gè)反應(yīng)相加獲得，有ΔH1＝ΔH＋ΔH2，ΔH＝ΔH1－ΔH2。
關(guān)鍵能力1.探究載人航天器用化學(xué)電源與氧氣再生的一般思路
2．載人航天器中能量轉(zhuǎn)化形式?3．根據(jù)載人航天器的限定條件，物質(zhì)轉(zhuǎn)化最理想的方式應(yīng)符合的條件：應(yīng)符合綠色化學(xué)原理，原子利用率達(dá)到100%。
4．蓋斯定律：間接計(jì)算某些反應(yīng)的反應(yīng)熱。解題模型：
2．(雙選)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料是目前的研究熱點(diǎn)，《科學(xué)》雜志曾報(bào)道的一種將CO2轉(zhuǎn)化為烴和醇的裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 (　　)A．圖中能量轉(zhuǎn)化的方式只有1種B．裝置工作時(shí)，H＋向X極移動(dòng)，Y極周圍溶液的pH減小C．X極上得到CH3OH的電極反應(yīng)式為2CO2＋4H2O＋12e－===2CH3OH＋3O2D．若X極生成1 ml C2H4和1 ml CH3OH，電路中通過(guò)18 ml電子
解析：由圖可知，存在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的能量轉(zhuǎn)化方式，故A錯(cuò)誤；如圖所示，X為陰極、Y為陽(yáng)極，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜向陰極(X極)區(qū)移動(dòng)，陽(yáng)極(Y極)發(fā)生氧化反應(yīng)：6H2O－12e－===12H＋＋3O2↑，所以Y極周圍溶液的pH減小，故B正確；X極(陰極)上發(fā)生還原反應(yīng)生成CH3OH的電極反應(yīng)式為CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O，故C錯(cuò)誤；2 ml CO2生成1 ml C2H4，1 ml CO2生成1 ml CH3OH，C元素化合價(jià)都是由＋4降低為－2，所以若X極生成1 ml C2H4和1 ml CH3OH，電路中通過(guò)的電子為3×[4－(－2)]ml＝18 ml，故D正確。
3．(雙選)斷裂1 ml化學(xué)鍵所需的能量如表，火箭燃料肼(H2N—NH2)的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖所示，
則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (　　)A.N2(g)比O2(g)穩(wěn)定B．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－534 kJ·ml－1C.圖中的ΔH3＝－2 218 kJ·ml－1D．表中的a＝194
4．(1)將燃煤產(chǎn)生的二氧化碳回收利用，可達(dá)到低碳排放的目的。如圖是通過(guò)人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。電極b作____極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________________。
CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH
解析：從圖示可以看出，左側(cè)H2O轉(zhuǎn)變成O2，氧元素被氧化，電極a為負(fù)極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入右側(cè)發(fā)生反應(yīng)，右側(cè)通入的CO2轉(zhuǎn)變成HCOOH，碳元素被還原，電極b為正極，電極反應(yīng)式為CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。
(2)濃差電池中的電動(dòng)勢(shì)是由于電池中存在濃度差而產(chǎn)生的。某濃差電池的原理如圖所示，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時(shí)又獲得了電能。