第3講化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池最新展示1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。3.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。熱點(diǎn)定位1.原電池的工作原理分析，尤其是帶鹽橋的原電池裝置。2.根據(jù)所給自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池，并能繪制裝置圖。3.了解常用化學(xué)電源的構(gòu)造及新型電源的工作原理。4.金屬的腐蝕和防護(hù)是化學(xué)與社會(huì)聯(lián)系的重要窗口，以此為素材考查原電池原理。一、原電池1．概念把

轉(zhuǎn)化為

的裝置。2．形成條件(1)

不同的兩種金屬(或金屬與非金屬)做兩電極。(2)兩電極插入同一(或用鹽橋連通的不同)

中。(3)兩極間形成

。(4)有自發(fā)氧化還原反應(yīng)。

化學(xué)能電能有金屬活性電解質(zhì)溶液閉合回路3．原電池的電極名稱及電極反應(yīng)(以下圖銅—鋅原電池為例)電極材料鋅銅電極名稱..電極反應(yīng)Zn―→Zn2＋＋2e－Cu2＋＋2e－―→Cu反應(yīng)類型....帶電粒子定向移動(dòng)電子流向：..離子流向：....氧化反應(yīng)負(fù)極正極還原反應(yīng)由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極陽離子向正極、陰離子向負(fù)極定向移動(dòng)1.兩個(gè)半電池構(gòu)成的原電池中，鹽橋的作用是什么？【提示】（1）使兩個(gè)燒杯中的溶液形成一個(gè)通路。（2）使溶液保持電中性，氧化還原反應(yīng)能順利進(jìn)行產(chǎn)生持續(xù)的電流。二、常見的化學(xué)電源1．分類(1)一次電池：鋅錳干電池、堿性鋅錳電池、鋰電池等。(2)二次電池：鉛蓄電池、鎘鎳電池、鋰離子電池等。(3)燃料電池：氫氧燃料電池、甲烷燃料電池等。2．常見的化學(xué)電源(1)一次電池(鋅錳干電池)酸性堿性電極材料及電極反應(yīng)式正C：2NH4＋＋2e－―→2NH3↑＋H2↑C：2MnO2＋2H2O＋2e－―→2MnOOH＋2OH－負(fù)Zn：Zn―→Zn2＋＋2e－Zn：Zn＋2OH－―→Zn(OH)2＋2e－填充物ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊做電解質(zhì)溶液，另有MnO2和炭黑KOH代替了酸性鋅錳干電池中的NH4Cl電池總反應(yīng)式Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH優(yōu)劣比較制作簡單，價(jià)格便宜，但因發(fā)生自放電而存放時(shí)間短，電壓下降快等電壓穩(wěn)定，持久耐用，但生產(chǎn)工藝要求高(2)二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是常見的二次電池，負(fù)極材料是

，正極材料是

。①放電時(shí)的反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：Pb＋SO42－―→PbSO4＋2e－正極反應(yīng)：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O電池反應(yīng)：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O②充電時(shí)的反應(yīng)陰極反應(yīng)：PbSO4＋2e－―→Pb＋SO42－陽極反應(yīng)：PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－電解反應(yīng)：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4PbPbO2(3)燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式2H2―→4H＋＋4e－2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－正極反應(yīng)式O2＋4H＋＋4e－―→2H2OO2＋2H2O＋4e－―→4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2===2H2O2．根據(jù)下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。要求：(1)畫出此原電池的裝置圖，裝置采用燒杯和鹽橋。(2)注明原電池的正、負(fù)極和外電路中電子的流向?！咎崾尽?/p>

(1)裝置圖如下：(2)電池的正負(fù)極及外電路中電子的流向如圖所示。三、金屬的腐蝕與防護(hù)1．金屬的腐蝕(1)化學(xué)腐蝕與電化腐蝕比較化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與干燥氣體或非電解質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟

接觸特點(diǎn)

電流產(chǎn)生

電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬失電子變成金屬陽離子而被氧化(M―→Mn＋＋ne－)金屬被

的過程較活潑的金屬被.的過程相互關(guān)系兩種腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍，危害更嚴(yán)重電解質(zhì)溶液無有氧化氧化(2)電化腐蝕的兩種途徑比較(以鋼鐵生銹為例)吸氧腐蝕析氫腐蝕條件金屬表面水膜呈.金屬表面水膜.電極反應(yīng)式正O2＋2H2O＋4e－―→4OH－2H＋＋2e－―→H2↑負(fù)2Fe―→2Fe2＋＋4e－Fe―→Fe2＋＋2e－

電池反應(yīng)式2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑弱酸性、中性或堿性酸性較高2.金屬的防護(hù)(1)

，如不銹鋼。(2)

，如電鍍、噴漆。(3)電化學(xué)保護(hù)法：①

；

②

。改變金屬的組成結(jié)構(gòu)在金屬表面覆蓋保護(hù)層犧牲陽極的陰極保護(hù)法外加電流的陰極保護(hù)法1．(2009年廣東高考)出土的錫青銅(銅錫合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆蓋在其表面。下列說法正確的是(多選)(

)A．錫青銅的熔點(diǎn)比純銅高B．在自然環(huán)境中，錫青銅中的錫可對(duì)銅起保護(hù)作用C．錫青銅文物在潮濕環(huán)境中的腐蝕比干燥環(huán)境中快D．生成Cu2(OH)3Cl覆蓋物是電化學(xué)腐蝕過程，但不是化學(xué)反應(yīng)過程【解析】合金的熔點(diǎn)比成分金屬的低，A錯(cuò)；金屬的電化學(xué)腐蝕屬于化學(xué)反應(yīng)，D錯(cuò)。【答案】

BC2．(2009年北京高考)下列敘述不正確的是(

)A．鐵表面鍍鋅，鐵作陽極B．船底鑲嵌鋅塊，鋅作負(fù)極，以防船體被腐蝕C．鋼鐵吸氧腐蝕的正極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－D．工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應(yīng)：2Cl－―→Cl2↑＋2e－【解析】選項(xiàng)A，鐵作陽極，鐵要溶解，鐵應(yīng)該作陰極。選項(xiàng)B，Zn的活潑性比Fe強(qiáng)，Zn失去電子而保護(hù)了船體。選項(xiàng)C，鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，O2在正極獲得電子。選項(xiàng)D，Cl－的失電子能力強(qiáng)于OH－，電解飽和食鹽水時(shí)，Cl－在陰極失去電子變?yōu)镃l2。【答案】

A3．(2009年福建高考)控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(

)A．反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．反應(yīng)開始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3+被還原C．電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極【解析】由反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2可知，反應(yīng)開始時(shí)甲中Fe3＋發(fā)生還原反應(yīng)，乙中I－發(fā)生氧化反應(yīng)；電流計(jì)讀數(shù)為零，說明單位時(shí)間內(nèi)由甲流向乙的電子數(shù)與由乙流向甲的電子數(shù)相等，生成Fe3＋的物質(zhì)的量與消耗的Fe3＋相等，則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時(shí)在甲中溶入FeCl2固體，則平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，乙中I2發(fā)生還原反應(yīng)，則乙中石墨電極為正極；故選D。【答案】

D4．(2008年海南高考)關(guān)于鉛蓄電池的說法正確的是(

)A．在放電時(shí)，正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb(s)＋SO42－(aq)―→PbSO4(s)＋2e－B．在放電時(shí)，該電池的負(fù)極材料是鉛板C．在充電時(shí)，電池中硫酸的濃度不斷變小D．在充電時(shí)，陽極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4(s)＋2e－―→Pb(s)＋SO42－(aq)【解析】

A項(xiàng)中電池放電時(shí)正極應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O；C項(xiàng)中電池充電時(shí)硫酸的濃度應(yīng)不斷增大；D項(xiàng)中電池充電時(shí)陽極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)。【答案】

B一、原電池的工作原理1．原理圖示[以(－)Zn|CuSO4|Cu(＋)原電池為例]電池總反應(yīng)方程式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu外電路：電子從負(fù)極流出，最后流回正極，電流從正極流出，最后流向負(fù)極。內(nèi)電路：陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極。外電路、內(nèi)電路共同形成閉合電路，形成電流，從而使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。2．原電池的判斷(1)先分析有無外接電源，有外接電源的為電解池，無外接電源的可能為原電池。(2)然后依據(jù)原電池的形成條件分析判斷，主要是“四看”：【應(yīng)用指南】

(1)考查原電池工作原理時(shí)誤判“陽離子移向負(fù)極、陰離子移向正極”是常見的錯(cuò)誤！陽離子應(yīng)移向正極，陰離子移向負(fù)極。(2)構(gòu)成原電池的條件之一為：“有活潑性不同的金屬或非金屬導(dǎo)體”，燃料電池的電極一般為惰性電極，但兩電極通入的氣體分別為正、負(fù)極電極材料。(2010年鎮(zhèn)江質(zhì)檢)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂KNO3的U型管)構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是(

)①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為：Ag＋＋e－―→Ag③實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A．①②B．②③C．②④D．③④【思路點(diǎn)撥】依據(jù)原電池工作原理，確定電流方向、電極反應(yīng)和原電池反應(yīng)，并明確鹽橋的作用?！緡L試解答】該原電池發(fā)生的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④正確；Cu為負(fù)極，Ag為正極，外電路中電流從銀電極流向銅電極，①錯(cuò)；正極反應(yīng)為2Ag＋＋2e－―→2Ag，負(fù)極反應(yīng)為：Cu―→Cu2＋＋2e－，②正確；撤掉鹽橋，原電池處于斷路狀態(tài)，不能繼續(xù)工作，③錯(cuò)?！敬鸢浮?/p>

C【拓展訓(xùn)練】

1．關(guān)于如右圖所示裝置的敘述，正確的是(

)A．銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B．銅片質(zhì)量逐漸減少C．電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D．氫離子在銅片表面被還原【解析】銅是正極，原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)：2H＋＋2e－―→H2↑，A不正確，D正確，故銅片質(zhì)量不變，B不正確。電流由正極(銅片)經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片(負(fù)極)，C不正確?！敬鸢浮?/p>

D二、原電池電極的判斷及電極反應(yīng)式的書寫1．正、負(fù)極判斷判斷依據(jù)負(fù)極正極電極材料活潑性較強(qiáng)的金屬活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬電子流動(dòng)方向電子流出極電子流入極電解質(zhì)溶液中離子定向移動(dòng)方向陰離子移向的極陽離子移向的極發(fā)生的反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象溶解的極增重或有氣泡放出的極如CH4酸性燃料電池中，負(fù)極反應(yīng)式為：CH4＋2O2===CO2＋2H2O……總反應(yīng)式2O2＋8H＋＋8e－―→4H2O……正極反應(yīng)式CH4＋2H2O―→CO2＋8H＋＋8e－……負(fù)極反應(yīng)式【應(yīng)用指南】

(1)原電池正、負(fù)極判斷的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)。如果給出一個(gè)方程式讓判斷正、負(fù)極，可以直接根據(jù)化合價(jià)的升降變化來判斷，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。(2)判斷原電池的正、負(fù)極時(shí)，除考慮電極材料金屬活性強(qiáng)弱外，還要注意電解質(zhì)溶液與兩極材料能否自發(fā)反應(yīng)等因素，如Mg－Al(NaOH溶液)電池中，Al為負(fù)極材料。(2009年海南高考)Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。請(qǐng)回答下列問題：(1)電池的負(fù)極材料為________，發(fā)生的電極反應(yīng)為_________；(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為___________________；(3)SOCl2易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_____________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________；(4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進(jìn)行，原因是_____。【答案】鋰Li―→Li＋＋e－(2)2SOCl2＋4e－―→4Cl－＋S＋SO2(3)出現(xiàn)白霧，有刺激性氣體生成SOCl2＋H2O===2HCl↑＋SO2↑(4)鋰是活潑金屬，易與H2O、O2反應(yīng)；SOCl2也可與水反應(yīng)【拓展訓(xùn)練】

2.(2009年廣東高考)可用于電動(dòng)汽車的鋁－空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確的是(

)A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí)，正極反應(yīng)都為：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－B．以NaOH溶液為電解液時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Al＋3OH－―→Al(OH)3↓＋3e－C．以NaOH溶液為電解液時(shí)，電池在工作過程中電解液的pH保持不變D．電池工作時(shí)，電子通過外電路從正極流向負(fù)極【解析】

B項(xiàng)，以NaOH為電解液時(shí)，不應(yīng)生成Al(OH)3沉淀，而應(yīng)生成[Al(OH)4]－。C項(xiàng)，電解液的pH應(yīng)減小。D項(xiàng)，電子通過外電路從負(fù)極流向正極?！敬鸢浮?/p>

A3．如圖所示裝置中，觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)；M棒變粗；N棒變細(xì)，由此判斷表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是(

)【解析】在裝置中電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明該裝置構(gòu)成了原電池，根據(jù)正負(fù)極的判斷方法，溶解的一極為負(fù)極，增重的一極為正極，所以M棒為正極，N棒為負(fù)極，且電解質(zhì)溶液能析出固體，則只有C項(xiàng)正確?！敬鸢浮?/p>

C三、原電池原理的應(yīng)用1．加快化學(xué)反應(yīng)速率由于原電池將氧化還原反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)且有電流產(chǎn)生，因而反應(yīng)速率加快。如Zn與稀H2SO4反應(yīng)制氫氣時(shí)，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快。2．比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱若有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A被氧化成陽離子而失去電子作負(fù)極，B作正極，則可以斷定金屬A的金屬活動(dòng)性比B的強(qiáng)。3．用于金屬的防護(hù)如要保護(hù)一個(gè)鐵閘，可用導(dǎo)線將其與一鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極，鐵閘作正極。4．設(shè)計(jì)原電池設(shè)計(jì)原電池時(shí)要緊扣原電池的三個(gè)條件。具體方法是：(1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)。(2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液。①電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中的氧氣)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料具有相同金屬元素的陽離子。②電極材料的選擇電池中的負(fù)極材料必須能夠與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，容易失去電子，一般是活潑的金屬材料。正極材料為金屬活潑性較負(fù)極弱的材料或氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)，并且，原電池的電極必須導(dǎo)電。(3)構(gòu)成閉合回路。5．尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)能源?！緫?yīng)用指南】設(shè)計(jì)原電池確定正極材料時(shí)主要有以下兩種情況：(1)電解質(zhì)溶液中的成分發(fā)生正極反應(yīng)時(shí)，正極材料只要保證金屬活動(dòng)性比負(fù)極材料差即可。(2)正極材料發(fā)生電極反應(yīng)時(shí)，正極材料的載體一般為惰性電極，如燃料電池中正極材料的載體一般為石墨或鉑電極。已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、鹽酸。按要求回答下列問題：(1)電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請(qǐng)說明原因：_________________________。(2)用一個(gè)離子方程式說明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的強(qiáng)：______________________________________。用所給材料設(shè)計(jì)出一個(gè)原電池，請(qǐng)畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式?！久麕熃馕觥?/p>

(1)銅、鋁導(dǎo)線連接一起在潮濕空氣中易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。(2)用反應(yīng)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可證明氧化性Fe3＋>Cu2＋。設(shè)計(jì)原電池時(shí)，應(yīng)用Cu作負(fù)極，選擇比銅還不活潑的金屬或碳棒作為正極，含F(xiàn)e3