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1、第二单元 原电池 金属的腐蚀与防护,三年26考 高考指数: 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.了解常见的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。,一、原电池 1.概念：把_转化为_的装置。 2.构成条件 (1)有两个_的电极(常见为金属或石墨)。 (2)将电极插入_中。 (3)两电极间构成_。,化学能,电能,活泼性不同,电解质溶液,闭合回路,3工作原理 如图是Cu-Zn原电池，请填空： (1)电极。 负极为_，正极为_。,Zn,Cu,(2)电极反应。 负极：_，正极：_。 (3)电子方向和电流方向。 电子从
2、_流出经外电路流入_； 电流从_流出经外电路流入_。 (4)离子的迁移方向。 电解质溶液中，阴离子向_迁移，阳离子向_迁移。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,负极,正极,正极,负极,负极,正极,(5)两种装置的比较。 装置中还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触，易造成能量损耗；装置能避免能量损耗，装置中盐桥的作用是提供离子迁移通路。,二、化学电源的种类及其工作原理 1.一次电池(不能反复使用) (1)碱性锌锰干电池。,2MnO2+2H2O+2e-= 2MnOOH+2OH-,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,(2)银锌钮扣电池。 负极(Zn)，电极反应式：_; 正极(Ag2O)，
3、电极反应式： _； 电池反应方程式： _。,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag,2.二次电池(可多次充放电) 以铅蓄电池为例 (1)放电时的反应。 负极反应：_ 正极反应：_ 总反应：Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O,Pb+SO42-2e-=PbSO4,PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,(2)充电时的反应。 阴极反应：_ 阳极反应：_ 总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+4H+2SO42-,PbSO4+2e-=Pb+SO42-,PbSO4+
4、2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-,3.燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。,2H2-4e-=4H+,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+4H+4e-=2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,三、金属的腐蚀与防护 1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,现象,条件,本质,区别,无电流产生,金属被腐蚀,金属与接触到的物质直接反应,不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应,M-ne-=Mn+,较活泼金属被腐蚀,有电流产生,注：通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重。,2.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀,水膜性质,Fe+2H+ = Fe2
5、+H2,Fe-2e-= Fe2+,2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 = Fe2O3xH2O+(3-x)H2O,弱酸性或中性或碱性,酸性,负极反应,正极反应,2H+2e- = H2,2H2O+O2+4e- = 4OH-,总反应,其他反应,注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,3.金属的防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法利用_。 (2)外加电流的阴极保护法利用_。 (3)改变金属内部结构如制成不锈钢。 (4)加保护层如电镀、喷漆、覆膜等。,原电池原理,电解池原理,1.不是所有化学反应都可以设计成原电池。( ) 【分析】正确
6、。只有氧化还原反应才可以设计成原电池。 2.原电池的两电极中，通常较活泼的电极一定为负极。( ) 【分析】错误。不一定，如铝、镁和NaOH溶液构成的原电池，铝作原电池的负极，镁作原电池的正极。 3.燃料电池的反应条件是燃烧。( ) 【分析】错误。燃料电池利用的是可燃物燃烧这一氧化还原反应，但绝不是燃烧。,4.可充电电池中的电极反应是可逆反应。( ) 【分析】错误。可充电电池的充电与放电不是在相同条件下 发生的，故它不是可逆反应。 5.外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正 极。( ) 【分析】错误。接直流电源的正极相当于电解池的阳极，发 生氧化反应，使金属腐蚀得更快。,原电池的构成
7、及电极反应式的书写 1.原电池的构成“两极一液一回路”,2.正、负极的判断,3.电极反应式的书写 (1)一般电极反应式的书写。,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,列出参加反应的微粒和得失电子数,在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物，即H+、OH-、H2O等是否参加反应,遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒,两电极反应式相加，与总反应式对照验证,(2)复杂电极反应式的书写。,=,-,如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为： CH4+2O2=CO2+2H2O总反应式 2O2+8H+8e-=4H2O正极反应式 CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+负极反应式,【拓展延伸】原电池正负极的其他判断方法
8、 (1)根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动判断。在原电池的电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 (2)根据电池总反应判断。反应中的还原剂是负极的活性物质，对应的电极为负极；氧化剂则是正极上得电子的活性物质，对应的电极为正极。,【高考警示钟】(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。 (2)不注意电解质溶液的成分，容易误写电极反应式，如Al负极，在酸性溶液中生成Al3+，在碱性溶液中生成AlO2-。 (3)在原电池中离子移动方向容易误判。阳离子移向正极，阴离子移向负极。,【典例1】生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催
9、化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。,已知C1极的电极反应式为：C2H5OH+3H2O12e=2CO2+12H+。下列有关说法不正确的是( ) AC1极为电池负极，C2极为电池正极 B电子由C2极经外电路导线流向C1极 CC2极的电极反应式为O2+4H+4e=2H2O D该生物燃料电池的总反应式为： C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O,【解题指南】解答本题时应注意以下两点： (1)燃料电池中通入燃料的一极一定为负极； (2)正极产生的OH-要与溶液中的H+反应。,【解析】选B。燃料电池中，通入燃料的一极为负极，发生氧化反应，通入氧气
10、的一极为正极，发生还原反应，A、C项正确；电子由负极经外电路流向正极，B项错误。,【技巧点拨】燃料电池的电极判断及电极反应式的书写 (1)作为燃料电池，充入氧气的一极一定是正极，充入燃料的一极为负极。 (2)书写正负电极反应时，要先写简单的一极，如燃料电池，一般先写正极反应。当介质为碱性时，电极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-，当介质为酸性溶液时，电极反应式为4H+O2+4e-=2H2O，然后用总反应减去该电极反应，即可得出另一极反应(前提是电量守恒)。,【变式训练】(2011海南高考改编)根据如图，下列判断中正确的是( ) AFe极作负极 B烧杯b中发生氧化反应 C烧杯a中发生的反应
11、为2H+2e=H2 D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2 【解析】选B。Zn比Fe活泼，所以Zn作负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn2e=Zn2+，故A、D错误；Fe作正极，氧气在该电极上发生还原反应，电极反应式为：2H2O+O2+4e =4OH，C错。,【变式备选】MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600700 ，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。该电池的总反应式为：2H2+O2=2H2O，负极反应为：H2+CO32-2e-=H2O+CO2。则下列推断中，正确的是( ) A正极反应为4OH-4e-=2H2O+O2 B当电池生成1 mol水时，转移4 mol电
12、子 C放电时CO32-向负极移动 D通H2的一极为负极，发生还原反应,【解析】选C。A项，正极反应应有O2参加，故A错误；B项，根据总电极反应式可知，当生成1 mol水时，转移2 mol电子，B错误；C项，因负极上氢气失电子，从而负极带上了正电荷，故放电时CO32-向负极移动，C正确；D项，通H2的一极为负极，发生氧化反应，D错误。,原电池工作原理的应用 1比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。 如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以断定
13、金属活动性AB。,2加快化学反应速率 由于形成了原电池，导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu-Zn原电池，加快反应进行。 3用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。,4.设计制作化学电源 设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。 (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。 (2)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，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。 电极材料的选择 在
14、原电池中，选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或非金属作为正极，并且原电池的电极必须导电。一般来说，负极应该跟电解质溶液发生反应。,电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在Cu-Zn-硫酸构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。,(3)按要求画出原电池装置图。 如根据2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+设计原电池： 负极：Cu-
15、2e-=Cu2+ 正极：2Fe3+2e-=2Fe2+,【高考警示钟】(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。 (2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。 (3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。,【典例2】某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目： 方案：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为_。 方案：有人利用
