1、原電池原理及其應(yīng)用(一),【考綱點擊】 1. 了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)式 2. 了解常見化學電源的種類及其工作原理 3. 了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因以及防護措施,知識回顧 一原電池的工作原理 1.定義 把_轉(zhuǎn)化為_的裝置 2.構(gòu)成條件 (1)具有兩個_不同的電極(金屬和金屬或金屬和非金屬) (2)具有_溶液 (3)形成_(或在溶液中相互_),化學能,電能,活潑性,電解質(zhì),閉合回路,接觸,3.原電池的兩極 負極:活潑性_的金屬,發(fā)生_反應(yīng) 正極:活潑性_的金屬或?qū)w,發(fā)生_反應(yīng) 4.電極反應(yīng)式的書寫和電荷移動方向 (1)電極反應(yīng)式的書寫 負極:_,電極反應(yīng)式:_ 正極

2、:_,電極反應(yīng)式:_ 電池反應(yīng):_,較強,氧化,較弱,還原,Zn,Zn-2e-Zn2+,Cu,2H+2e-H2,Zn+2H+Zn2+H2,(2)電荷移動方向 電子由_釋放,經(jīng)_沿導(dǎo)線流入_,電解質(zhì)溶液中的_移向正極,在其表面得電子被_,形成一個閉合回路,負極,外電路,正極,陽離子,還原,二化學電源 1.干電池 鋅-錳干電池的負極材料是_,正極材料是_在負極上,_失e-被氧化,在正極上,_得e-被還原。,鋅片,石墨,Zn,MnO2,2.鉛蓄電池如鉛蓄電池:H2SO4作電解液(1)放電時負極:_正極:_ 總反應(yīng):_(2)充電反應(yīng)為電解過程,是放電反應(yīng)的逆過程陰極:_陽極:_ 總反應(yīng):_,Pb+SO

3、42-2e-PbSO4,PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O,Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,PbSO4+2e-Pb2+,PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H+ SO42-,2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4,3.燃料電池(1)a.氫氧液體燃料電池,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4

4、e-= 2O2,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,3.燃料電池b.氫氧固體燃料電池,(2)CH4燃料電池:電解質(zhì)為KOH負極:_正極:_總反應(yīng):_ (3)CH3OH燃料電池:電解質(zhì)為KOH負極:_正極:_總反應(yīng):_,CH4+10OH-8e- CO32-+7H2O,2O2+4H2O+8e-8OH-,CH4+2O2+2OH- CO32- +3H2O,2CH3OH+16OH-12e-2 CO32- +12H2O,3O2+6H2O+12e-12OH-,2CH3OH+3O2+4OH-2CO32- +6H2O,三金屬的腐蝕與防護 1.金屬的腐蝕 (1)概念 金屬與周

5、圍的空氣或液體物質(zhì)發(fā)生_反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象 (2)分類 一般分為_腐蝕和_腐蝕兩種,氧化還原,化學,電化學,(3)化學腐蝕 金屬跟接觸到的_氣體或液體等直接發(fā)生化學反應(yīng)而引起的腐蝕 (4)電化學腐蝕 概念:_的金屬跟_接觸時,因為發(fā)生_反應(yīng)而引起的腐蝕 分類,氧化性,不純,電解質(zhì)溶液,原電池,a. 析氫腐蝕 在金屬外面的水膜呈 _ 性時發(fā)生析氫腐蝕 以鋼鐵為例: 負極(Fe):_ 正極(C):_,較強酸,Fe-2e-Fe2+,2H+2e-H2,b.吸氧腐蝕在金屬外面的水膜_很弱或呈_或中性,溶解一定量_時發(fā)生吸氧腐蝕以鋼鐵為例:負極(Fe):_正極(C):_總反應(yīng):_氧化過程:_脫水過程:_

6、,酸性,堿性,O2,2Fe-4e-2Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH-,2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3nH2O+(3-n)H2O,2.金屬的防護 (1)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使其成為防腐蝕金屬,如制成_等 (2)加防護層,如在金屬表面_或表面鈍化等方法,噴油漆涂油脂電鍍噴鍍,不銹鋼,(3)電化學防護 犧牲陽極的陰極保護法_原理 a._極(陰極):被保護的金屬設(shè)備 b._極(陽極):比被保護的金屬活潑的金屬 外加電流的陰極保護法電解原理 a.陰極:被保護的金屬設(shè)備 b.陽極:惰性電極,原電池,正,負,【例1

7、】 一種燃料電池中發(fā)生的化學反應(yīng)為:在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳該電池負極發(fā)生的反應(yīng)是( ) A.CH3OH(g)+O2(g)-2e-H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq) B.O2(g)+4H+(aq)+4e-2H2O(l) C.CH3OH(g)+H2O(l)-6e-CO2(g)+6H+(aq) D.O2(g)+2H2O(l)+4e-4OH- 答案 C,解析 正極發(fā)生還原反應(yīng),負極發(fā)生氧化反應(yīng),首先根據(jù)題意寫出電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式,用總反應(yīng)式減正極反應(yīng)式即得負極反應(yīng)式 總反應(yīng)式:2CH3OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) 正極反應(yīng)式:O2(g)+4H

8、+(aq)+4e-2H2O(l) 負極反應(yīng)式:CH3OH(g)+H2O(l)-6e-CO2(g)+6H+(aq),變式1:某固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì),其中O2-可以在其內(nèi)部自由通過其工作原理如圖所示,下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是( ),A.電極b為電池負極,電極反應(yīng)式為O2+4e-2O2- B.固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過C.若H2作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為 ： H2+2OH-4e-2H+H2OD.若C2H4作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為：C2H4+8O2-12e-2CO2 +2H2O,答案: D,解析:A項,電極b上通入的空氣或氧氣,

9、是得電子的物質(zhì),故b應(yīng)為電池的正極B項,電子無法通過電解質(zhì)溶液(即電子只能通過外電路)C項,由于該固體氧化物燃料電池中沒有H2O,更沒有H+和OH-,H2失電子后,與O2-結(jié)合起來生成H2O,電極反應(yīng)式應(yīng)為H2+O2-2e-H2OD項,C2H4作為燃料氣,失去e-后,再與O2-結(jié)合,會生成 CO2和H2O兩種物質(zhì)即:C2H4+8O2-12e-2 CO2 +2H2O,【例2】 下列有關(guān)電池的說法不正確的是( ) A.手機上用的鋰離子電池屬于二次電池 B.銅鋅原電池工作時,電子沿外電路從銅電極流向鋅電極 C.甲醇燃料電池可把化學能轉(zhuǎn)化為電能 D.鋅錳干電池中,鋅電極是負極 答案 B,解析 本題考查

10、實用電池的有關(guān)知識手機用電池是可充電電池,A對銅鋅原電池,Cu為正極,Zn為負極,外電路中電子由負極流向正極,B錯燃料電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能,C對鋅錳干電池,Zn為負極,D對,變式2:新型高能鈉硫電池以熔融的鈉硫為電極,以鈉離子導(dǎo)電的陶瓷為固體電解質(zhì)該電池放電時為原電池,充電時為電解池反應(yīng)原理為:2Na+xS = Na2Sx 請回答下列問題:(1)放電時S發(fā)生_反應(yīng),Na為_極(2)充電時Na所在電極與直流電源_極相連(3)充電時陽極反應(yīng)為_;放電時負極反應(yīng)為_(4)用此電池電解飽和NaCl溶液,當陽極產(chǎn)生11.2 L(標準狀況)氣體時,消耗金屬鈉_g,還原,負,負,2Na-2e-2Na+,2

11、3,Xs+2e-= Sx2-,解析作為原電池(放電)時,金屬Na為電池的負極,失電子,發(fā)生氧化反應(yīng):2Na-2e-2Na+;S作為正極,得電子,發(fā)生還原反應(yīng):xS+2e- Sx2- ;電池充電時是作為電解池,Na+在Na所在電極得電子,發(fā)生還原反應(yīng),該電極為陰極,與直流電源的負極相連, Sx2-在陽極失電子,發(fā)生氧化反應(yīng): Sx2- -2e-xS用此電池電解飽和NaCl溶液,陽極有11.2 L氣體(Cl2)生成時,即有1 mol e-轉(zhuǎn)移,所以消耗1 mol,即23 g金屬鈉,【例3】 (2010北京卷)下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是( ) A.鋼管與電源正極連接,鋼管可被保護 B.鐵遇

12、冷濃硝酸表面鈍化,可保護內(nèi)部不被腐蝕 C.鋼管與銅管露天堆放在一起時,鋼管不易被腐蝕 D.鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時,負極反應(yīng)是Fe-3e-Fe3+ 答案 B,解析 本題考查金屬的腐蝕和防護,意在考查考生對金屬腐蝕原理的理解和防護措施的應(yīng)用鋼管與電源正極相連,則鋼管作陽極,發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕,A項錯誤;鐵遇冷濃硝酸表面鈍化,在表面生成一層致密的氧化膜保護內(nèi)部不被腐蝕,B項正確;鋼管與銅管露天堆放在一起,形成原電池時鋼管作負極,發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕,C項錯誤;鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時,負極反應(yīng)為:Fe-2e-Fe2+,D項錯誤,變式3:鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應(yīng):2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2;4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3;2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O下列說法正確的是( ) A.反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等