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1、原电池原理及其应用(一),【考纲点击】 1. 了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池总反应式 2. 了解常见化学电源的种类及其工作原理 3. 了解金属发生电化学腐蚀的原因以及防护措施,知识回顾 一原电池的工作原理 1.定义 把_转化为_的装置 2.构成条件 (1)具有两个_不同的电极(金属和金属或金属和非金属) (2)具有_溶液 (3)形成_(或在溶液中相互_),化学能,电能,活泼性,电解质,闭合回路,接触,3.原电池的两极 负极:活泼性_的金属,发生_反应 正极:活泼性_的金属或导体,发生_反应 4.电极反应式的书写和电荷移动方向 (1)电极反应式的书写 负极:_,电极反应式:_ 正极
2、:_,电极反应式:_ 电池反应:_,较强,氧化,较弱,还原,Zn,Zn-2e-Zn2+,Cu,2H+2e-H2,Zn+2H+Zn2+H2,(2)电荷移动方向 电子由_释放,经_沿导线流入_,电解质溶液中的_移向正极,在其表面得电子被_,形成一个闭合回路,负极,外电路,正极,阳离子,还原,二化学电源 1.干电池 锌-锰干电池的负极材料是_,正极材料是_在负极上,_失e-被氧化,在正极上,_得e-被还原。,锌片,石墨,Zn,MnO2,2.铅蓄电池如铅蓄电池:H2SO4作电解液(1)放电时负极:_正极:_ 总反应:_(2)充电反应为电解过程,是放电反应的逆过程阴极:_阳极:_ 总反应:_,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.燃料电池(1)a.氢氧液体燃料电池,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.燃料电池b.氢氧固体燃料电池,(2)CH4燃料电池:电解质为KOH负极:_正极:_总反应:_ (3)CH3OH燃料电池:电解质为KOH负极:_正极:_总反应:_,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,三金属的腐蚀与防护 1.金属的腐蚀 (1)概念 金属与周
5、围的空气或液体物质发生_反应而引起损耗的现象 (2)分类 一般分为_腐蚀和_腐蚀两种,氧化还原,化学,电化学,(3)化学腐蚀 金属跟接触到的_气体或液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀 (4)电化学腐蚀 概念:_的金属跟_接触时,因为发生_反应而引起的腐蚀 分类,氧化性,不纯,电解质溶液,原电池,a. 析氢腐蚀 在金属外面的水膜呈 _ 性时发生析氢腐蚀 以钢铁为例: 负极(Fe):_ 正极(C):_,较强酸,Fe-2e-Fe2+,2H+2e-H2,b.吸氧腐蚀在金属外面的水膜_很弱或呈_或中性,溶解一定量_时发生吸氧腐蚀以钢铁为例:负极(Fe):_正极(C):_总反应:_氧化过程:_脱水过程:_
6、,酸性,碱性,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.金属的防护 (1)改变金属的内部结构,使其成为防腐蚀金属,如制成_等 (2)加防护层,如在金属表面_或表面钝化等方法,喷油漆涂油脂电镀喷镀,不锈钢,(3)电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法_原理 a._极(阴极):被保护的金属设备 b._极(阳极):比被保护的金属活泼的金属 外加电流的阴极保护法电解原理 a.阴极:被保护的金属设备 b.阳极:惰性电极,原电池,正,负,【例1
7、】 一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳该电池负极发生的反应是( ) 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 正极发生还原反应,负极发生氧化反应,首先根据题意写出电池总反应式和正极反应式,用总反应式减正极反应式即得负极反应式 总反应式:2CH3OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l) 正极反应式:O2(g)+4H
8、+(aq)+4e-2H2O(l) 负极反应式:CH3OH(g)+H2O(l)-6e-CO2(g)+6H+(aq),变式1:某固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物作为电解质,其中O2-可以在其内部自由通过其工作原理如图所示,下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是( ),A.电极b为电池负极,电极反应式为O2+4e-2O2- B.固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C.若H2作为燃料气,则接触面上发生的反应为 ： H2+2OH-4e-2H+H2OD.若C2H4作为燃料气,则接触面上发生的反应为：C2H4+8O2-12e-2CO2 +2H2O,答案: D,解析:A项,电极b上通入的空气或氧气,
9、是得电子的物质,故b应为电池的正极B项,电子无法通过电解质溶液(即电子只能通过外电路)C项,由于该固体氧化物燃料电池中没有H2O,更没有H+和OH-,H2失电子后,与O2-结合起来生成H2O,电极反应式应为H2+O2-2e-H2OD项,C2H4作为燃料气,失去e-后,再与O2-结合,会生成 CO2和H2O两种物质即:C2H4+8O2-12e-2 CO2 +2H2O,【例2】 下列有关电池的说法不正确的是( ) A.手机上用的锂离子电池属于二次电池 B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D.锌锰干电池中,锌电极是负极 答案 B,解析 本题考查
10、实用电池的有关知识手机用电池是可充电电池,A对铜锌原电池,Cu为正极,Zn为负极,外电路中电子由负极流向正极,B错燃料电池将化学能转化为电能,C对锌锰干电池,Zn为负极,D对,变式2:新型高能钠硫电池以熔融的钠硫为电极,以钠离子导电的陶瓷为固体电解质该电池放电时为原电池,充电时为电解池反应原理为:2Na+xS = Na2Sx 请回答下列问题:(1)放电时S发生_反应,Na为_极(2)充电时Na所在电极与直流电源_极相连(3)充电时阳极反应为_;放电时负极反应为_(4)用此电池电解饱和NaCl溶液,当阳极产生11.2 L(标准状况)气体时,消耗金属钠_g,还原,负,负,2Na-2e-2Na+,2
11、3,Xs+2e-= Sx2-,解析作为原电池(放电)时,金属Na为电池的负极,失电子,发生氧化反应:2Na-2e-2Na+;S作为正极,得电子,发生还原反应:xS+2e- Sx2- ;电池充电时是作为电解池,Na+在Na所在电极得电子,发生还原反应,该电极为阴极,与直流电源的负极相连, Sx2-在阳极失电子,发生氧化反应: Sx2- -2e-xS用此电池电解饱和NaCl溶液,阳极有11.2 L气体(Cl2)生成时,即有1 mol e-转移,所以消耗1 mol,即23 g金属钠,【例3】 (2010北京卷)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( ) A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护 B.铁遇
12、冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀 C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀 D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-Fe3+ 答案 B,解析 本题考查金属的腐蚀和防护,意在考查考生对金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用钢管与电源正极相连,则钢管作阳极,发生氧化反应而被腐蚀,A项错误;铁遇冷浓硝酸表面钝化,在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀,B项正确;钢管与铜管露天堆放在一起,形成原电池时钢管作负极,发生氧化反应而被腐蚀,C项错误;钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应为:Fe-2e-Fe2+,D项错误,变式3:钢铁生锈过程发生如下反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2;4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3;2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O下列说法正确的是( ) A.反应中电子转移数目相等 B.反应中氧化剂是氧气和水 C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 答案: A,解析本题综合考查“电化学腐蚀”与氧化还原反应的基本概念由知,均转移4 mol电子,A正确由知,Fe是还原剂,O2是氧化剂,H2O在反应前后化合价不变,B错FeCu构成原电池,Fe为负极,加速腐蚀,C错钢铁在潮湿的空气中能形成原电池,发生电化学腐蚀,D错,
