第3講化學能轉化為電能——電池最新展示1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。3.理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。熱點定位1.原電池的工作原理分析，尤其是帶鹽橋的原電池裝置。2.根據所給自發(fā)進行的反應設計原電池，并能繪制裝置圖。3.了解常用化學電源的構造及新型電源的工作原理。4.金屬的腐蝕和防護是化學與社會聯系的重要窗口，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。

化學能電能有金屬活性電解質溶液閉合回路3．原電池的電極名稱及電極反應(以下圖銅—鋅原電池為例)電極材料鋅銅電極名稱..電極反應Zn―→Zn2＋＋2e－Cu2＋＋2e－―→Cu反應類型....帶電粒子定向移動電子流向：..離子流向：....氧化反應負極正極還原反應由負極經導線流向正極陽離子向正極、陰離子向負極定向移動1.兩個半電池構成的原電池中，鹽橋的作用是什么？【提示】（1）使兩個燒杯中的溶液形成一個通路。（2）使溶液保持電中性，氧化還原反應能順利進行產生持續(xù)的電流。二、常見的化學電源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式正C：2NH4＋＋2e－―→2NH3↑＋H2↑C：2MnO2＋2H2O＋2e－―→2MnOOH＋2OH－負Zn：Zn―→Zn2＋＋2e－Zn：Zn＋2OH－―→Zn(OH)2＋2e－填充物ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊做電解質溶液，另有MnO2和炭黑KOH代替了酸性鋅錳干電池中的NH4Cl電池總反應式Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH優(yōu)劣比較制作簡單，價格便宜，但因發(fā)生自放電而存放時間短，電壓下降快等電壓穩(wěn)定，持久耐用，但生產工藝要求高(2)二次電池(可充電電池)鉛蓄電池是常見的二次電池，負極材料是

，正極材料是

。①放電時的反應負極反應：Pb＋SO42－―→PbSO4＋2e－正極反應：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O電池反應：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O②充電時的反應陰極反應：PbSO4＋2e－―→Pb＋SO42－陽極反應：PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－電解反應：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。酸性堿性負極反應式2H2―→4H＋＋4e－2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－正極反應式O2＋4H＋＋4e－―→2H2OO2＋2H2O＋4e－―→4OH－電池總反應式2H2＋O2===2H2O2．根據下下列氧化化還原反反應設計計一個原原電池：：2FeCl3＋Fe===3FeCl2。要求：(1)畫出此原原電池的的裝置圖圖，裝置置采用燒燒杯和鹽鹽橋。(2)注明原電電池的正正、負極極和外電電路中電電子的流流向。【提示】(1)裝置圖如如下：(2)電池的正正負極及及外電路路中電子子的流向向如圖所所示。三、金屬屬的腐蝕蝕與防護護1．金屬的的腐蝕(1)化學腐蝕蝕與電化化腐蝕比比較化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與干燥氣體或非電解質直接接觸不純金屬或合金跟

接觸特點

電流產生

電流產生本質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.的過程相互關系兩種腐蝕往往同時發(fā)生，但電化學腐蝕更普遍，危害更嚴重電解質溶液液無有氧化氧化(2)電化腐蝕的的兩種途徑徑比較(以鋼鐵生銹銹為例)吸氧腐蝕析氫腐蝕條件金屬表面水膜呈.金屬表面水膜.電極反應式正O2＋2H2O＋4e－―→4OH－2H＋＋2e－―→H2↑負2Fe―→2Fe2＋＋4e－Fe―→Fe2＋＋2e－

電池反應式2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑弱酸性、中中性或堿性性酸性較高2.金屬的防護護(1)，如不銹鋼鋼。(2)，如電鍍、、噴漆。(3)電化學保護護法：①；②。改變金屬的的組成結構構在金屬表面面覆蓋保護護層犧牲陽極的的陰極保護護法外加電流的的陰極保護護法1．(2009年廣東高考考)出土的錫青青銅(銅錫合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆蓋在其表表面。下列列說法正確確的是(多選)()A．錫青銅的的熔點比純純銅高B．在自然環(huán)環(huán)境中，錫錫青銅中的的錫可對銅銅起保護作作用C．錫青銅文文物在潮濕濕環(huán)境中的的腐蝕比干干燥環(huán)境中中快D．生成Cu2(OH)3Cl覆蓋物是電電化學腐蝕蝕過程，但但不是化學學反應過程程【解析】合金的熔點點比成分金金屬的低，，A錯；金屬的的電化學腐腐蝕屬于化化學反應，，D錯?！敬鸢浮緽C2．(2009年北京高考考)下列敘述不不正確的是是()A．鐵表面鍍鍍鋅，鐵作作陽極B．船底鑲嵌嵌鋅塊，鋅鋅作負極，，以防船體體被腐蝕C．鋼鐵吸氧氧腐蝕的正正極反應：：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－D．工業(yè)上電電解飽和食食鹽水的陽陽極反應：：2Cl－―→Cl2↑＋2e－【解析】選項A，鐵作陽極極，鐵要溶溶解，鐵應應該作陰極極。選項B，Zn的活潑性比比Fe強，Zn失去電子而而保護了船船體。選項項C，鋼鐵發(fā)生生吸氧腐蝕蝕時，O2在正極獲得得電子。選選項D，Cl－的失電子能能力強于OH－，電解飽和和食鹽水時時，Cl－在陰極失去去電子變?yōu)闉镃l2。【答案】A3．(2009年福建高考考)控制適合的的條件，將將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如下下圖所示的的原電池。。下列判斷斷不正確的的是()A．反應開始始時，乙中中石墨電極極上發(fā)生氧氧化反應B．反應開始始時，甲中中石墨電極極上Fe3+被還原C．電流計讀讀數為零時時，反應達達到化學平平衡狀態(tài)D．電流計讀讀數為零后后，在甲中中溶入FeCl2固體，乙中中的石墨電電極為負極極【解析】由反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2可知，反應應開始時甲甲中Fe3＋發(fā)生還原反反應，乙中中I－發(fā)生氧化反反應；電流流計讀數為為零，說明明單位時間間內由甲流流向乙的電電子數與由由乙流向甲甲的電子數數相等，生生成Fe3＋的物質的量量與消耗的的Fe3＋相等，則反反應達到了了平衡狀態(tài)態(tài)，此時在在甲中溶入入FeCl2固體，則平平衡向逆反反應方向移移動，乙中中I2發(fā)生還原反反應，則乙乙中石墨電電極為正極極；故選D?！敬鸢浮緿4．(2008年海南高考考)關于鉛蓄電電池的說法法正確的是是()A．在放電時時，正極發(fā)發(fā)生的反應應是Pb(s)＋SO42－(aq)――→PbSO4(s)＋2e－B．在放電時時，該電池池的負極材材料是鉛板板C．在充電時時，電池中中硫酸的濃濃度不斷變變小D．在充電時時，陽極發(fā)發(fā)生的反應應是PbSO4(s)＋2e－―→Pb(s)＋SO42－(aq)【解析】A項中電池放放電時正極極應發(fā)生還還原反應，，電極反應應為：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O；C項中電池充充電時硫酸酸的濃度應應不斷增大大；D項中電池充充電時陽極極應發(fā)生氧氧化反應。。【答案】B一、原電池池的工作原原理1．原理圖示示[以(－)Zn|CuSO4|Cu(＋)原電池為例]電池總反應方方程式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu外電路：電子子從負極流出出，最后流回回正極，電流流從正極流出出，最后流向向負極。內電路：陰離離子移向負極極，陽離子移移向正極。外電路、內電電路共同形成成閉合電路，，形成電流，，從而使化學學能轉化為電電能。2．原電池的判判斷(1)先分析有無外外接電源，有有外接電源的的為電解池，，無外接電源源的可能為原原電池。(2)然后依據原電電池的形成條條件分析判斷斷，主要是““四看”：【應用指南】(1)考查原電池工工作原理時誤誤判“陽離子子移向負極、、陰離子移向向正極”是常常見的錯誤??！陽離子應移移向正極，陰陰離子移向負負極。(2)構成原電池的的條件之一為為：“有活潑潑性不同的金金屬或非金屬屬導體”，燃燃料電池的電電極一般為惰惰性電極，但但兩電極通入入的氣體分別別為正、負極極電極材料。。(2010年鎮(zhèn)江質檢)用銅片、銀片片、Cu(NO3)2溶液、、AgNO3溶液、、導線線和鹽鹽橋(裝有瓊瓊脂KNO3的U型管)構成一一個原原電池池。以以下有有關該該原電電池的的敘述述正確確的是是()①在外電電路中中，電電流由由銅電電極流流向銀銀電極極②②正極極反應應為：：Ag＋＋e－―→Ag③實驗驗過程程中取取出鹽鹽橋，，原電電池仍仍繼續(xù)續(xù)工作作④將銅銅片浸浸入AgNO3溶液中中發(fā)生生的化化學反反應與與該原原電池池反應應相同同A．①②②B．②③③C．②④④D．③④④【思路點點撥】依據原原電池池工作作原理理，確確定電電流方方向、、電極極反應應和原原電池池反應應，并并明確確鹽橋橋的作作用。?！緡L試試解解答答】該原原電電池池發(fā)發(fā)生生的的反反應應是是氧氧化化還還原原反反應應：：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④④正正確確；；Cu為負負極極，，Ag為正正極極，，外外電電路路中中電電流流從從銀銀電電極極流流向向銅銅電電極極，，①①錯錯；；正正極極反反應應為為2Ag＋＋2e－―→→2Ag，負負極極反反應應為為：：Cu――→→Cu2＋＋2e－，②②正正確確；；撤撤掉掉鹽鹽橋橋，，原原電電池池處處于于斷斷路路狀狀態(tài)態(tài)，，不不能能繼繼續(xù)續(xù)工工作作，，③③錯錯。?！敬鸢浮緾【拓展訓練練】1．關于如如右圖所所示裝置置的敘述述，正確的是是()A．銅是陽陽極，銅銅片上有有氣泡產產生B．銅片質質量逐漸漸減少C．電流從從鋅片經經導線流流向銅片片D．氫離子子在銅片片表面被被還原【解析】銅是正極極，原電電池正極極發(fā)生還還原反應應：2H＋＋2e－―→H2↑，A不正確，，D正確，故故銅片質質量不變變，B不正確。。電流由由正極(銅片)經導線流流向鋅片片(負極)，C不正確。?！敬鸢浮緿二、原電電池電極極的判斷斷及電極極反應式式的書寫寫1．正、負負極判斷斷判斷依據負極正極電極材料活潑性較強的金屬活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬電子流動方向電子流出極電子流入極電解質溶液中離子定向移動方向陰離子移向的極陽離子移向的極發(fā)生的反應氧化反應還原反應反應現象溶解的極增重或有氣泡放出的極如CH4酸性燃料料電池中中，負極極反應式式為：CH4＋2O2===CO2＋2H2O……總反應式式2O2＋8H＋＋8e－―→4H2O……正極反應應式CH4＋2H2O―→CO2＋8H＋＋8e－……負極反應應式【應用指南南】(1)原電池正、負負極判斷的基基礎是氧化還還原反應。如如果給出一個個方程式讓判判斷正、負極極，可以直接接根據化合價價的升降變化化來判斷，發(fā)發(fā)生氧化反應應的一極為負負極，發(fā)生還還原反應的一一極為正極。。(2)判斷原電池池的正、負負極時，除除考慮電極極材料金屬屬活性強弱弱外，還要要注意電解解質溶液與與兩極材料料能否自發(fā)發(fā)反應等因因素，如Mg－Al(NaOH溶液)電池中，Al為負極材料料。(2009年海南高考考)Li－SOCl2電池可用于于心臟起搏搏器。該電電池的電極極材料分別別為鋰和碳碳，電解液液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總總反應可表表示為：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。請回答下列列問題：(1)電池的負極極材料為________，發(fā)生的電電極反應為為_________；(2)電池正極發(fā)發(fā)生的電極極反應為___________________；(3)SOCl2易揮發(fā)，實實驗室中常常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果果把少量水水滴到SOCl2中，實驗現現象是_____________，反應的化化學方程式式為_______________________；(4)組裝該電池池必須在無無水、無氧氧的條件下下進行，原原因是_____?！敬鸢浮夸嘗i―→Li＋＋e－(2)2SOCl2＋4e－―→4Cl－＋S＋SO2(3)出現現白白霧霧，，有有刺刺激激性性氣氣體體生生成成SOCl2＋H2O===2HCl↑↑＋SO2↑(4)鋰是是活活潑潑金金屬屬，，易易與與H2O、O2反應應；；SOCl2也可可與與水水反反應應【拓展展訓訓練練】2.(2009年廣廣東東高高考考)可用用于于電電動動汽汽車車的的鋁鋁－－空空氣氣燃燃料料電電池池，，通通常常以以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液液，鋁合金為為負極，空氣氣電極為正極極。下列說法法正確的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液液時，正極反反應都為：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－B．以NaOH溶液為電解液液時，負極反反應為：Al＋3OH－―→Al(OH)3↓＋3e－C．以NaOH溶液為電解液液時，電池在在工作過程中中電解液的pH保持不變D．電池工作時時，電子通過過外電路從正正極流向負極極【解析】B項，以NaOH為電解液時，，不應生成Al(OH)3沉淀，而應生生成[Al(OH)4]－。C項，電解液的的pH應減小。D項，電子通過過外電路從負負極流向正極極。【答案】A3．如圖所示裝裝置中，觀察察到電流計指指針偏轉；M棒變粗；N棒變細，由此此判斷表中所所列M、N、P物質，其中可可以成立的是是()【解析】在裝置中電流流計指針發(fā)生生偏轉，說明明該裝置構成成了原電池，，根據正負極極的判斷方法法，溶解的一一極為負極，，增重的一極極為正極，所所以M棒為正極，N棒為負極，且且電解質溶液液能析出固體體，則只有C項正確。【答案】C三、原電池原原理的應用1．加快化學反反應速率由于原電池將將氧化還原反反應拆成兩個個半反應且有有電流產生，，因而反應速速率加快。如如Zn與稀H2SO4反應制氫氣時時，可向溶液液中滴加少量量CuSO4溶液能使產生生H2的速率加快。。2．比較金屬活活動性強弱若有兩種金屬屬A和B，用導線將A和B連接后，插入入到稀硫酸中中，一段時間間后，若觀察察到A極溶解，而B極上有氣體放放出，則說明明A被氧化成陽離離子而失去電電子作負極，，B作正極，則可可以斷定金屬屬A的金屬活動性性比B的強。3．用于金屬的的防護如要保護一個個鐵閘，可用用導線將其與與一鋅塊相連連，使鋅作原原電池的負極極，鐵閘作正正極。4．設計原電池池設計原電池時時要緊扣原電電池的三個條條件。具體方方法是：(1)首先將已知氧氧化還原反應應拆分為兩個個半反應。(2)根據原電池的的電極反應特特點，結合兩兩個半反應找找出正負極材材料及電解質質溶液。①電解質溶液的的選擇電解質溶液一一般要能夠與與負極發(fā)生反反應，或者電電解質溶液中中溶解的其他他物質能與負負極發(fā)生反應應(如空氣中的氧氧氣)。但如果兩個個半反應分別別在兩個容器器中進行(中間連接鹽橋橋)，則左右兩個個容器中的電電解質溶液選選擇與電極材材料具有相同同金屬元素的的陽離子。②電極材料的的選擇電池中的負極極材料必須能能夠與電解質質溶液反應，，容易失去電電子，一般是是活潑的金屬屬材料。正極極材料為金屬屬活潑性較負負極弱的材料料或氧化性較較強的物質，，并且，原電電池的電極必必須導電。(3)構成閉合回路路。5．尋求和制造造干電池和蓄蓄電池等化學學能源?！緫弥改稀吭O計原電池確確定正極材料料時主要有以以下兩種情況況：(1)電解質溶液中中的成分發(fā)生生正極反應時時，正極材料料只要保證金金屬活動性比比負極材料差差即可。(2)正極材料發(fā)生生電極反應時時，正極材料料的載體一般般為惰性電極極，如燃料電電池中正極材材料的載體一一般為石墨或或鉑電極。已知電極材料料：鐵、銅、、銀、石墨、、鋅、鋁；電電解質溶液：：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、鹽酸。。按要求回答下下列問題：(1)電工操作上規(guī)規(guī)定：不能把把銅導線和鋁鋁導線連接在在一起使用。。請說明原因因：_________________________。(2)用一個離子方方程式說明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的強：______________________________________。用所給材料設設計出一個原原電池，請畫畫出原電池的的裝置圖，標標出正、負極極，并寫出電電極反應式。。【名師解析】(1)銅、鋁導線連連接一起在潮潮濕空氣中易易發(fā)生電化學學腐蝕。(2)用反應2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可證明氧化化性Fe3＋>Cu2＋。設計原原電池時時，應用用Cu作負極，，選擇比比銅還不不活潑的的金屬或或碳棒作作為正極極，含Fe3＋的可溶性性鹽溶液液作電解解質溶液液?！敬鸢浮?1)銅、鋁導導線連接接在一起起易形成成原電池池，加快快鋁的腐腐蝕速率率(2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋【拓展訓練練】4.將等質量量的兩份份鋅粉a、b分別加入入過量的的稀硫酸酸，同時時向a中加少