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1、第3节 化学能转化为电能 电池,-2-,考纲要求:1.了解原电池的工作原理,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。,-3-,基础梳理,考点突破,原电池及其工作原理 1.定义 原电池是将化学能转变为电能的装置。 2.构成条件 (1)两个活动性不同的电极(金属和金属或金属和非金属导体)。 (2)将电极插入电解质溶液(或熔融电解质)中。 (3)用导线连接电极构成闭合回路(或两电极接触)。 (4)能自发进行的氧化还原反应。 3.工作原理,-4-,基础梳理,考点突破,-5-,基础梳理,考点突破,自
2、主巩固 下图所示的装置中,-6-,基础梳理,考点突破,1.原电池工作原理示意图,2.正、负极的判断方法,-7-,基础梳理,考点突破,注意:原电池的正、负极判断应根据原电池的工作原理:发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为正极,而不能简单地依据金属的活动性来判断。如Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池,不活泼的Al被氧化,作负极;Fe-Cu-HNO3(浓)构成的原电池,Fe常温下在浓硝酸中钝化,不活泼的Cu被氧化,作负极。即原电池正负极的判断,不仅要分析电极的活动性,还要考虑到电解质溶液的性质。,-8-,基础梳理,考点突破,例1(2015天津理综)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜
3、只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( ) A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的 减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡,答案,解析,-9-,基础梳理,考点突破,归纳总结: 原电池中的“三”个方向“两”个反应 (1)电子流向:电子从负极流出经外电路流入正极。 (2)电流方向:电流从正极流出经外电路流入负极。 (3)离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。当有离子交换膜时则只有阴离子或阳离子移向另一极保持电荷守恒。 (4)正极反应:还原反应。 (5)负极反应:氧化反
4、应。,-10-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.(2015湖北武汉调研)如图所示,杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向水槽中滴入CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是( ),A.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端高B端低 B.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端低B端高 C.当杠杆为导体时,A端低B端高;杠杆为绝缘体时,A端高B端低 D.当杠杆为导体时,A端高B端低;杠杆为绝缘体时,A端低B端高,答案,解析,-11-,基础梳理,考点突破,答案,解析,-12-,基础梳理,考点突破,3.(2015江苏南京、盐城模拟)一种
5、三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示,图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。有关说法中正确的是( ),答案,解析,-13-,基础梳理,考点突破,化学电源及原电池原理的应用 1.化学电源 (1)一次电池(碱性锌锰干电池): 碱性锌锰干电池的工作原理如图:,-14-,基础梳理,考点突破,(2)二次电池(以铅蓄电池为例):,-15-,基础梳理,考点突破,2.原电池原理的应用 (1)加快氧化还原反应速率。 一个自发的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大,例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。,-16-,基础梳理,考点突破,(3)用于金属的防护。 使被保护
6、的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,保护铁制输水管或钢铁桥梁,可用导线将其和一块锌块相连,使Zn作原电池的负极。 (4)设计制作化学电源。 设计原电池时要紧扣构成原电池的条件: 首先要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应; 根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属,如石墨)及电解质溶液。,-17-,基础梳理,考点突破,-18-,基础梳理,考点突破,-19-,基础梳理,考点突破,1.原电池电极反应式的书写,-20-,基础梳理,考点突破,例2(2015江苏化学)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法
7、正确的是( ),答案,解析,-21-,基础梳理,考点突破,-22-,基础梳理,考点突破,-23-,基础梳理,考点突破,1.(2015甘肃联考)液体燃料电池相对于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述中正确的是 ( ),答案,解析,-24-,基础梳理,考点突破,2.(2015湖南长沙模拟)一种碳纳米管能够吸附氢气,可作二次电池(如下图所示)的石墨电极。该电池的电解质为6 molL-1 KOH溶液,下列说法中正确的是(D),答案,解析,-25-,基础梳理,考点突破,金属的腐蚀与防
8、护 1.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。 2.化学腐蚀与电化学腐蚀,-26-,考点突破,基础梳理,-27-,考点突破,4.金属腐蚀的防护 (1)改变金属内部组成结构,可以增强金属耐腐蚀的能力,如不锈钢。 (2)在金属表面覆盖一层保护层,如油脂、油漆、搪瓷、塑料、氧化成致密的氧化膜,以断绝金属与外界物质接触,达到耐腐蚀的效果。 (3)与电化学原理有关的防护。 电镀:在金属表面镀上层耐腐蚀的金属,如铁上镀锌。 电解法钝化:将被保护的金属接外加电源的正极,使电压维持在使金属钝化的范围内,将金属表面氧化上一层氧化物保护膜。 牺牲阳极保护法:让被保护的金属作原电池的正极
9、。 阴极电保护法:让被保护的金属连外加电源的负极,作电解池的阴极。,基础梳理,-28-,考点突破,基础梳理,-29-,基础梳理,考点突破,金属腐蚀由快到慢的规律 (1)电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。 (2)对同一种金属来说,腐蚀的快慢: 强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液 (3)活动性不同的两金属,活动性差别越大,腐蚀越快。 (4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。,-30-,考点突破,答案,解析,基础梳理,-31-,考点突破,跟踪训练 下列说法错误的是( ) A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性 B.若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的
10、腐蚀 C.自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致 D.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈,答案,解析,基础梳理,-32-,考点突破,实验探究:原电池的设计 设计依据 原电池的工作原理及原电池的构成条件。 设计思路,第二步:确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 负极材料:失电子的物质(还原剂)作负极材料,即Cu。 正极材料:用比负极材料金属活动性差的金属或非金属导体作正极材料,即Ag或石墨等。,基础梳理,-33-,考点突破,电解质溶液:含有反应中作氧化剂的物质作电解质,即FeCl3溶液,如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则负极容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属
11、的阳离子,正极容器中电解质溶液应含有发生还原反应的离子。 第三步:画出装置图,注明电极材料和电解质溶液,如图:,基础梳理,-34-,考点突破,解析,基础梳理,-35-,考点突破,答案,解析,基础梳理,-36-,考点突破,答案,解析,基础梳理,-37-,考点突破,答案,解析,基础梳理,-38-,考点突破,基础梳理,-39-,考点突破,基础梳理,-40-,考点突破,基础梳理,-41-,考点突破,基础梳理,-42-,考点突破,基础梳理,-43-,考情分析,解题策略,跟踪训练,考情分析 以教材变形装置或新材料信息为背景考查电化学原理是近几年高考命题的特点,以选择、综合分析题等考查电化学原理的应用、电极
12、反应式的书写、新型电池分析等。常见的命题角度有: (1)新型化学电源; (2)原电池与电解池的综合考查; (3)电化学与化学实验的综合考查; (4)电化学与化学平衡、离子平衡的综合考查。,-44-,考情分析,解题策略,跟踪训练,1.从四个角度掌握两类装置的工作原理,2.新型化学电源的分析 命题特点:命题背景或情景新颖,给出反应陌生。但考查知识的落脚点并不陌生,考查原电池的工作原理。只要审清题意,找出有用信息,运用原电池的工作原理及氧化还原反应知识即可顺利解决。,-45-,考情分析,解题策略,跟踪训练,3.原电池和电解池组合装置的分析 首先,由电极发生反应的类型、电子的流向或电流的方 向、电极金
13、属的活泼性、电解质溶液中离子的移动方向等判断电池的正、负极,然后确定电解池的阴阳极,继而分析各电极的电极反应及实验现象。 4.多个电解池串联组合装置的分析 无论是原电池还是电解池,无论是一个“池”还是多个任意“池”串联,在电路和电极上单位时间通过的电量相同。,-46-,考情分析,解题策略,跟踪训练,典例(2014广东理综)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他均为Cu,则( ),-47-,考情分析,解题策略,跟踪训练,-48-,考情分析,解题策略,跟踪训练,答案,解析,-49-,考情分析,解题策略,跟踪训练,2.(2015陕西模拟)常用的电池是一种液体电解质将两个固体电极隔开。而钠
14、-硫(Na/S8)电池相反,它是由固体电解质将两个液体电极隔开(如图),一个由钠-氧化铝固体电解质做成的中心管,将内室的熔融钠(熔点98 )和外室的熔融硫(熔点119 )隔开,并允许Na+通过。下列有关说法中不正确的是( ),答案,解析,-50-,考情分析,解题策略,跟踪训练,A.开始加入少量浓硫酸时,乙中石墨电极上发生氧化反应 B.开始加入少量浓硫酸时,同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液只有乙烧杯中溶液变蓝 C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态 D.两次电流计指针偏转方向相反,答案,解析,考情分析,解题策略,跟踪训练,4.关于下列各图的说法中,正确的是( ),考情分析,解题策略,跟踪训练,A.中与电源负极相连的电极附近能产生使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体 B.中待镀铁制品应该与电源的正极相连接 C.中的b极是电子流出的极,发生氧化反应 D.中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应,答案,解析,
