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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_。ZnCu(2)电极反应。 负极：_，正极：_。 (3)电子方向和电流方向。 电子从_流出经外电路流入_
2、； 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)，电极反应式： _； 电池反应方程式： _。Z
3、n+2OH-2e- =Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH-Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+ 2Ag2.二次电池(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+2H2OPb+SO42-2e-=PbSO4PbO2+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+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-3.燃料电池
4、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。 酸性碱性负极反应式_正极反应式_电池总 反应2H2+O2=2H2O2H2-4e-=4H+2H2+4OH-4e-=4H2OO2+4H+4e-=2H2OO2+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类型化学腐蚀电化学腐蚀现象 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 类型析氢腐蚀吸
5、氧腐蚀水膜性质 Fe+2H+ = Fe2+H2 Fe-2e-= Fe2+ 2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)32Fe(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
6、计成原电池。( ) 【分析】正确。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
7、化反应，使金属腐蚀得更快。原电池的构成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、负极的判断电极材料活泼金属 氧化反应 电子流出 不断溶解质量减小电极反应电子流向电极现象较不活泼金属或非金属还原反应 电子流入 负 极正 极电极增重或质量不变3.电极反应式的书写 (1)一般电极反应式的书写。 列物质 标得失看环境 配守恒两式加 验总式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。复杂电
8、极反 应式总反应式 较简单一极的电 极反应式= - 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 (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
9、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=
10、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2H2
11、O+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
12、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
13、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
14、，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：
