原电池的工作原理及应用化学电源学案+练案
原电池的工作原理及应用 化学电源 学案+练案
最新考纲
1.了解原电池和电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式｡ 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理｡
3.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施｡ 【自主复习】
一､原电池的工作原理 1.定义
把 转化为 的装置｡ 2.构成条件
(1)具有两个 不同的电极(金属和金属或金属和非金属)｡ (2)具有 溶液｡
(3)形成 (或在溶液中相互接触)｡ 3.原电池的两极
负极:活泼性 的金属,发生 反应｡
正极:活泼性 的金属或导体,发生 反应｡ 4.电极反应式的书写和电荷移动方向 (1)电极反应式的书写
负极: ,电极反应式: 正极: ,电极反应式: 电池反应: (2)电荷、电子移动方向
电子：由 极,沿导线流入 极
离子： 移向正极, 移向负极 5.原电池正负极的判断
在书写原电池的电极反应式时,首先应正确判断原电池的两个电极哪一个是正极,哪一个是负极｡常用的判断方法有:
(1)根据电子流动方向判断｡在原电池中,电子流出的一极是负极;电子流入的一极是正极｡
(2)根据两极材料判断｡一般活泼性较强的金属为负极;活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极｡
(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断｡阳离子向正极移动,阴离子向负极移动｡
(4)根据原电池两极发生的变化来判断｡负极总是失去电子,发生氧化反应,正极总是得到电子发生还原反应｡
(5)根据现象判断｡溶解的一极为负极,质量增加或放出气体的一极为正极｡ 二､发展中的化学电源
1.一次电池(不能充电,不能反复使用) （1）碱性锌锰电池:电解质为KOH
负极:Zn+2OH--2e-==Zn(OH):2MnO--2 正极2+2H2O+2e==2MnO(OH)+2OH 总反应:Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2 （2）银一锌纽扣电池
负极：Zn＋2OH－
-2e-＝Zn(OH)2 正极：Ag-－2O＋H2O＋2e＝2Ag＋2OH 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn(OH)2＋2Ag
2.二次电池(可充电,可多次重复使用) 如铅蓄电池:H2SO4作电解液 (1)放电时:
负极:Pb+SO2--+2--4-2e==PbSO4 正极:PbO2+4H+SO4+2e==PbSO4+2H2O
总反应:Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O
(2)充电反应为电解过程,是放电反应的逆过程
阴极:PbSO-2--+2-4+2e==Pb+SO4 阳极:PbSO4+2H2O-2e==PbO2+4H+SO4
总反应:2PbSO4+2H2O==Pb+PbO2+2H2SO4 3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池：（一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2） ①用酸性电解质时:
负极:2H-++-2-4e==4H 正极: O2+4H+4e==2H2O
总反应:2H2+O2==2H2O
②用NaOH等碱性溶液时:
负极:2H----2+4OH-4e==4H2O 正极: O2+2H2O+4e==4OH 总反应:2H2+O2==2H2O ③中性溶液时：
负极: 2H-==4H+ 正极: O--2-4e2+2H2O+4e==4OH
总反应:2H2+O2==2H2O ④固体电解质：（氧化锆-氧化钇）
负极: 2H-+-2-2-4e==4H 正极: O2+4e==2O
总反应:2H2+O2==2H2O
(2)CH4燃料电池:电解质为KOH
负极:CH--8e-==CO2-:2O--4+10OH3+7H2O 正极2+4H2O+8e==8OH
总反应:CH+2OH-==CO2-4+2O23+3H2O (3)CH3OH燃料电池:电解质为KOH
负极:2CH--2-O 正极:3O--3OH+16OH-12e==2CO3+12H22+6H2O+12e==12OH
总反应:2CHOH+3O-2-32+4OH==2CO3+6H2O
（4）乙烷燃料电池： 电解质为KOH溶液
负极：2C-→4CO2----2H6 +36OH3+28e+24H2O 正极：7O2+28e+ 14H2O→28OH 总反应：2C2H6 + 8KOH +7O2=4K2CO3 + 10H2O （5）铝–空气–海水电池
电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。
负极：4Al－12e－===4Al3+； 正极：3O－－
2+6H2O+12e===12OH 总反应式为：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3 三､金属的腐蚀与防护 1.金属的腐蚀
(1)概念：金属与周围的空气或液体物质发生 反应而引起损耗的现象｡ (2)分类
一般分为 腐蚀和 腐蚀两种｡ (3)化学腐蚀
金属跟接触到的 气体或 液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀｡ (4)电化学腐蚀
①概念: 的金属跟 接触时,因为发生 反应而引起的腐蚀｡ ②分类
在金属外面的水膜呈较强酸性时发生析氢腐蚀｡ 以钢铁为例:
负极(Fe):Fe-2e-==Fe2+
正极(C):2H++2e-==H2↑
b.吸氧腐蚀
在金属外面的水膜酸性很弱或呈碱性或中性,溶解一定量O2时发生吸氧腐蚀｡ 以钢铁为例:
负极(Fe):2Fe-4e-==2Fe2+
正极(C):O+2H--22O+4e==4OH 总反应:2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
氧化过程:4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 脱水过程:2Fe(OH)3==Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O 2.金属的防护
(1)改变金属的内部结构,使其成为防腐蚀金属,如制成不锈钢等｡
(2)加防护层,如在金属表面喷油漆､涂油脂､电镀､喷镀或表面钝化等方法｡ (3)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 a.正极(阴极):被保护的金属设备
b.负极(阳极):比被保护的金属活泼的金属 ②外加电流的阴极保护法——电解原理 a.阴极:被保护的金属设备 b.阳极:惰性电极
3. 金属腐蚀快慢的判断方法
(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀｡ (2)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率: 强电解质>弱电解质>非电解质｡
(3)原电池原理引起的腐蚀速率:两电极金属活动性相差越大,越易腐蚀｡ (4)对于同一电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快｡ 四､原电池原理的应用
1.加快氧化还原反应的速率
例如:在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快｡ 2.寻求和制造干电池和蓄电池等化学电源｡ 3.比较金属活动性强弱
例如:有两种金属a和b,用导线连接后插入到稀H2SO4中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生｡根据现象判断出a是负极,b是正极,由原电池原理可知,金属活动性a>b｡ 4.设计化学电池
例如:以2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2为依据,设计一个原电池｡
(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极｡电极反应式:
负极:Cu-2e-==Cu2+;正极:2Fe3++2e-==2Fe2+
｡
例1 (2010·广东理综)铜锌原电池(如下图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为:Zn-2e-==Zn2+
B.电池反应为:Zn+Cu2+==Zn2+
+Cu C.在外电路中,电子从负极流向正极 例2 某固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物作为电解质,其中O2-可以在其内部自由通过｡其工作原理如图所示,下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是
A.电极b为电池负极,电极反应式为O-==2O2-2+4e B.固体氧化物的作用是让电子在电池内通过
C.若H作为燃料气,则接触面上发生的反应为H--+
22+2OH-4e==2H+H2O
D.若CC2--2-2H4作为燃料气,则接触面上发生的反应为2H4+8O-12e==2CO3+2H2O 例3 (2010·新课标全国理综)根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)==2Ag+
(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)==Co(s)+Cd2+
(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)==2Ag(s)+Cd2+
(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)==2Ag(s)+Co2+
(aq)
例4、钢铁生锈过程发生如下反应:①2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O｡下列说法正确的是( )
A.反应①､②中电子转移数目相等 B.反应①中氧化剂是氧气和水
C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
例5铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂､印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等｡ (1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式
___________________________________________________｡
(2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正､负极,并写出电极反应式｡ 正极反应________________________,负极反应_____________________________
例6 高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压｡高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 下列叙述不正确的是( )
A.放电时负极反应为:Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2
B.充电时阳极反应为:Fe(OH)--2-3-3e+5OH==FeO4+4H2O
C.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化 D.放电时正极附近溶液的碱性增强 例7、阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2==2H2O，电解液为KOH，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，下列叙述正确的是（ ） A、此电池能发出蓝色火焰 B、H2为正极，O2为负极
C、工作时，电解液的pH不断减小
D、电极反应为：负极2 H2+4 OH--4e-==4 H2O 正极O2+2H2O+4e-==4 OH-
1、.(2010·长春市调研)用铜片､银片､Cu(NO3)2溶液､AgNO3溶液､导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池(如图)｡以下有关该原电池的叙述中正确的是(
)
①在外电路中,电子由铜电极流向银电极
②正极反应为:Ag++e-==Ag
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A.①② B.①②④ C.②③ D.①③④
2、.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极｡下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:O2+2H2O+4e-==4OH- B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH--3e-==Al(OH)3
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变 D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
3、.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是(
)
A.①②中Mg作为负极,③④中Fe作为负极 B.②中Mg作为正极,电极反应式为6H2O+6e-==6OH-+3H2↑ C.③中Fe作为负极,电极反应式为Fe-2e-==Fe2+ D.④中Cu作为正极,电极反应式为2H++2e-==H2↑ 4、把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池．A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡； B、D相连时，D极发生氧化反应．这四种金属的活动顺序是 A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞D＞B C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A
5、(2010·安徽理综)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图,电池
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应式为:O2+2H2O+4e-==4OH- C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2 D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
6、一种燃料电池中发生的化学反应为;在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳｡该电池负极发生的反应是( )
A.CH(g)-2e-==H+
3OH(g)+O22O(l)+CO2(g)+2H(aq)
B.O+
2(g)+4H(aq)+4e-==2H2O(l)
C.CHOH(g)+H+
32O(l)-6e-==CO2(g)+6H(aq) D.O2(g)+2H2O(l)+4e-==4OH-
7、某固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物作为电解质,其中O2-可以在其内部自由通过｡其工作原理如图所示,下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是( )
A.电极b为电池负极,电极反应式为O2-
2+4e-==2O B.固体氧化物的作用是让电子在电池内通过
C.若H-+
2作为燃料气,则接触面上发生的反应为H2+2OH-4e-==2H+H2O
D.若CHH2-24作为燃料气,则接触面上发生的反应为C24+8O2--12e-==2CO3+2H2O 8、(2010·北京理综)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( ) A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护
B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀
C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀 D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-==Fe3+ 9、铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂､印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等｡ (1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式 ___________________________________________________｡ 2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正､负极,并写出电极反应式｡ 正极反应________________________________,负极反应________________________________｡