1、揭陽華僑中學 吳奇金 2020年7月27日星期一,專題二: 化學基本理論,第三講 原電池與金屬的防護,1原電池,2化學電源,4金屬的電化學腐蝕與防護,電化學基礎,3電解池,氧化還原反應,化學能轉化為電能，自發(fā)進行,電能轉化為化學能，外界能量推動,知識結構,普通干電池,手機電池,鈕扣電池,筆記本電腦 專用電池,攝像機 專用電池,“神六”用 太陽能電池,一、原電池原理,1.定義：,化學能轉化為電能的裝置。,.電極名稱：,相對活潑的電極為負極 相對不活潑的電極為正極,3.電極反應：,負極： 正極：,失電子的氧化反應 得電子的還原反應,4.原電池的形成條件,(4)形成閉合回路。 （兩電極用導線連接或接

2、觸）,（1）能自發(fā)地發(fā)生的氧化還原反應,（2）電解質溶液,（3）活動性不同的電極或電極材料,練習：下列哪幾個裝置能形成原電池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,原電池的形成條件？,氧化反應 M-ne=Mn+,產(chǎn)生電流,失e-沿導線轉移,還原反應 Nm+me=N,原電池的工作原理,陰離子,陽離子,e,e,例1、(全國理綜卷)在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是( ) (A)正極附近的SO42 離子濃度逐漸增大 (B)電子通過導線由銅片流向鋅片 (C)正極有O2逸出 (D)銅片上有H2逸出,D,1.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，

3、鋅為負極，此金屬是( ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,B,2.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質溶液的 pH( ) A.不變 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小,C,課堂練習：,（）鹽橋的作用是什么？ 形成閉合回路、平衡電荷,、雙液原電池的工作原理,（）鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的 膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出,(3)雙液原電池的優(yōu)點： 能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,思考 ：左右燒杯內(nèi)的電解質溶液換一換是否可以？為什么？,例2、(海南理綜) 依據(jù)氧化還原反應：2Ag(aq)Cu(s) = Cu2(aq)2Ag(s)設計的原電池如圖所示。,請回答下列問題： (

4、1)電極X的材料是_； 電解質溶液Y是_； (2)銀電極為電池的_極， 發(fā)生的電極反應為_ X電極上發(fā)生的電極反應為_； (3)外電路中的電子是從_電極流向_ 電極。,銅(或Cu),AgNO3溶液,正,Age = Ag,Cu -2e = Cu2,負(Cu),正(Ag),用Al、Cu作電極，如何使Cu作負極，Al作正極？,濃硝酸作電解液,用Mg、Al作電極，如何使Al作負極，Mg作正極？,NaOH作電解液,思考,例3：判斷右邊原電池的 正、負極，并寫出電極反應式。,FeCl3溶液,負極：Cu -2e =Cu 2+ 正極：2Fe3+ +2e -=2Fe2+,Cu C,稀硫酸溶液,NaOH溶液,（稀

5、硫酸） 負極: Mg -2e-=Mg2+ 正極：2H+2e-=H2,（NaOH溶液） 負極：2Al+8OH- -6e- =2AlO2-+4H2O,正極：6H2O+6e- =3H2+6OH-,活學活用1、銀器皿日久表面逐漸變黑色，這是由于生成硫化銀，有人設計用原電池原理加以除去，其處理方法為：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時間后，黑色會褪去而銀不會損失。 試回答：在此原電池反應中，負極發(fā)生的反應為 ； 正極發(fā)生的反應為 ； 反應過程中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，原電池總反應方程式為,Al -3e- =Al3,Ag2S+2e-=2Ag+S2-,3Ag2S+2Al

6、+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S,2,以鎂條、鋁片為電極，以稀NaOH溶液為電解質溶液構成的原電池。某研究性學習小組為探究該原電池究竟誰是負極，發(fā)生怎樣的電極反應，進行了如下實驗： 如圖，剪取約8cm的鎂條及大小相近的鋁片，用砂紙去膜，使鎂條與鋁片分別與教學演示電表的“”、“”端相連接，迅速將兩電極插入盛有1mol/LNaOH溶液的燒杯中。 開始，電表指針向右偏移，鋁片 表面有許多氣泡，很快電流逐漸 減小至0；隨后，指針向左偏移， 此時鋁片表面氣泡有所減少，但 鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生。 根據(jù)以上實驗現(xiàn)象，回答下列問題：,(1)開始階段，原電池的正極是_（填“Mg”或“Al”

7、）片；鋁片表面產(chǎn)生的氣泡是_；負極發(fā)生的反應是 。 (2)隨后階段，鋁片發(fā)生的電極反應式是_；鎂條表面只有極少量的氣泡產(chǎn)生，其原因是：2H2O+2e-=H2+2OH-（極少），試判斷此電極發(fā)生的主要反應是_；鋁片表面氣泡有所減少，但未消失，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是 。,Al,H2,Mg+2OH-2e-=Mg(OH)2或Mg-2e-=Mg2+,Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,鋁片中含有雜質，構成原電池。,二、原電池原理的應用,(三)比較金屬的活潑性；,構建原電池，測出正負極， 負極金屬活潑性 正極,(四)加快某些化學反應的反應速率；,(一)設計原電池

8、，制做化學電源；,(二)金屬腐蝕的原理及金屬腐蝕的防護。,1.下列反應中理論上不能設計成原電池的是（ ）,HCl ( aq ) + NaOH ( aq ) = NaCl ( aq ) + H2O ( l ); H 0 2CH3OH ( l ) +3O2 ( g ) = 2CO2 ( g ) + 4H2O ( l ); H 0 2Fe Cl3 ( aq) +Fe ( s ) + = 3Fe Cl2( aq) ; H 0 D. 2H2 ( g ) + O2 ( g ) = 2H2O ( l ) ; H 0,A,練習：,2、利用反應Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，設計一個單液原電池，

9、一個雙液原電池（使用鹽橋），畫出原電池的示意圖，并寫出電極反應。,參考答案,負極（Zn）：Zn-2e-=Zn2+ 正極（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+,FeCl3 溶液,3.請將氧化還原反應 Cu+2Ag+ = Cu2+2Ag,設計成一個能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定電流的原電池裝置。,Cu,CuSO4,Ag,AgNO3,練習：,燃料電池 熔融鹽電池,化學電源,常規(guī)電池,一次電池 二次電池,新型電池,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,2MnO+2HO+2e- = 2MnO(OH)+2OH-,Zn +2MnO+2HO= Zn(OH)2+2MnO(OH),負極,正極,總反應,2、堿性鋅錳電池,一次

10、電池,負極（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+， 正極（石墨）:2NH4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2O 總反應： Zn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,1、干電池（NH4Cl糊狀物為電解質）,3、銀鋅電池（電解質為KOH）,負極：Zn + 2OH- 2e- = Zn(OH)2 正極：Ag2O + H2O + 2e- = 2Ag + 2OH-,4、海水電池（電解質溶液為海水）,負極：4Al - 12e- = 4Al3+， 正極：3O2+ 6H2O + 12e- = 12OH- 總反應：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3,總反應

11、：Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag,1、鉛蓄電池,PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e - = PbSO4 + 2H2O,Pb + PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 + 2H2O,總反應式為：,Pb + SO42- -2e - =PbSO4,負極：,正極：,放電過程,二次電池,2PbSO4 + 2H2O =Pb + PbO2 + 2H2SO4,PbSO4 + 2H2O - 2e - =PbO2 + 4H+ + SO42-,PbSO4 + 2e -= Pb + SO42-,陽極,陰極,總反應,充電過程,1、鉛蓄電池,2、鋰電池（非水有機溶劑電解液

12、）,負極：2Li - 2e- = 2Li+， 正極：I2 + 2e- = 2I-， 總反應：2Li + I2 = 2LiI,跟相同質量的其它金屬作負極相比，使用壽命延長，高能、質輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。,電解液 H2O,O2,H2,H2O,燃料電池：,1、氫氧燃料電池,2H2 + 4OH- -4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e- =4OH-,總反應式：2H2 + O2 =2H2O,堿性燃料電池,負極：,正極：,2H2 4e- 4H+,O2 +4e- +4H 2H2O,總反應式：2H2 +O2 = 2H2O,酸性,負極：,正極：,1、氫氧燃料電池,2、甲烷燃料電池（電

13、解質為KOH）,負極：CH4 + 10OH- - 8e- = CO32- + 7H2O 正極：2O2 + 4H2O +8e- = 8OH- 總反應：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,課堂練習,1、宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池，其電池反應為2H2+O2=2H2O，電解質溶液為KOH，反應保持在高溫下，使H2O蒸發(fā)，正確敘述正確的是： （ ）AH2為正極，O2為負極B電極反應（正極）：O2+2H2O+4e- =4OH-C電極反應（負極）：2H2+4OH- =4H2O- 4e-D負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應,BD,2、氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代

14、會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2 根據(jù)此反應判斷，下列敘述中正確的是（ ） A、電池放電時，負極周圍溶液的pH不斷增大 B、電池放電時，鎳元素被氧化 C、電池充電時，氫元素被還原 D、電池放電時，H2是負極,放電 充電,CD,課堂練習,3、有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- 負極上CH4失去電子，電極反應式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 負極上是O2獲得電

15、子，電極反應式為： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 電池放電后，溶液pH不斷升高 A. B. C. D.,A,課堂練習,4、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物做電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣，制得在650下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式： 陽極反應式：2CO+2CO32- 4CO2+4e- 陰極反應式： 總電池反應：,2CO2+O2+4e-2CO32-,2CO+O2=2CO2,課堂練習,（二）金屬的腐蝕及防腐蝕 1、金屬的腐蝕：金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過

16、程。其本質是金屬原子失去電子被氧化的過程。,（1）化學腐蝕與電化腐蝕,金屬的腐蝕：金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。其本質是金屬原子失去電子被氧化的過程。,（1）化學腐蝕與電化腐蝕,（2）析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以Fe為例）,電極反應,負 極,正 極,總反應式,水膜酸性較強 （pH4.3),水膜酸性很弱 或中性,Fe-2e- =Fe2+,2H+2e- =H2,O2+2H2O+4e- =4OH-,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O= 2Fe(OH)2,練習：請你根據(jù)原電池原理，寫出鋼鐵吸氧腐蝕的電極反應式及電池反應方程式。,2Fe - 4e- 2Fe2+

17、,O2 + 2H2O + 4e- 4OH-,2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2,4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x) H2O,進一步反應：,負極：,正極：,電池反應：,2、金屬防護的幾種重要方法,3、金屬腐蝕速率大小,改變金屬內(nèi)部的組成結構，將金屬制成合金 在金屬表面覆蓋保護層，使金屬和周圍物質隔離開來。 電化學保護法：利用電解池反應將需要保護的金屬作為電解池的陰極而受到保護或者利用原電池反應將需要保護的金屬作為電池的正極而受到保護。,電解池陽極原電池負極化學腐蝕,利用電化學反應使金屬鈍化而受到保護,下列各情

18、況下，其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是 。,(5),(2),(1),(3),(4),討論與交流,在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防腐措施的腐蝕,判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 不純的金屬或合金，在潮濕空氣中形成微電池發(fā)生電化腐蝕，活潑金屬因被腐蝕而損耗，金屬腐蝕的快慢與下列二種因素有關： 1）與構成微電池的材料有關，兩極材料的活動性差別越大，電動勢越大，氧化還原反應的速度越快，活潑金屬被腐蝕的速度就越快； 2）與金屬所接觸的電解質強弱有關，活潑金屬在電解質溶液中的腐蝕快于在非電解質溶液中的腐蝕，在強電解質溶液中的腐蝕快于在弱電解質溶液中的腐蝕。 一般說來可用下列原則判斷： （電解原理引起的腐蝕）原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防腐措施的腐蝕,1. 2004年美國研制了一種新型的乙醇電池，它用磺酸類質子溶劑，在200 oC左右時供電，乙醇電池比甲醇電池效率高出32倍且更安全。電池總反應為：C2H5OH +3O2 =2CO2 +3H2O，電池示意如圖，下列說法不正確的是 Aa極為電池的負極 B電池工作時電流由b極 沿導線經(jīng)燈泡再到a極 C電池正極的電極反應為： 4H+ + O2 + 4e =2H2O D電池工作時1mol乙醇被氧化時就有6mol電子轉移,D,課堂演練:,2. 一種大型蓄電系統(tǒng)的電池總反應為： 2Na2S2+NaB