原电池原理及应用1

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1、原电池工作原理问题1:下列装置中灵敏电流计上是否有 电流通过?下列装置是否为原电池?（1）构成原电池条件电解质溶液活泼性不同的两电极形成闭合回路自发发生氧化还原反应一、原电池问题2：有电流说明有 电能产生, 电能是怎样 转化来的?如图所示是 装置：Zn电极作_ 极,填“正”或“负”）极，其电极反应为 _， 该反应是_（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是_极，其电极反应为 _，该反应是_反应。 总反应： 正负Zn -2e-= Zn 2+2H+2e-=H2Zn +H2SO4= Zn SO4+H2原电池氧化还原1、原电池的反应原理自发进行的氧化还原反应把化学能转化为电能的装置（2）原电池

2、定义（3）原电池本质（4）原电池工作原理较活泼的金属 （“失去或者得到”）电子发 生 反应（“氧化”或“还原”），电子从较 金 属（ 极）通过外电路流向较 金属 （ 极）。失去 氧化活泼 负不活泼 正活动与探究一：向一支小烧杯中加入1.0mol/L CuSO4溶液约30ml，再加入适量锌粉，用温度计 测量溶液的温度，观察温度计的变化。 现象： 。 结论： 温度升高 由于反应放热，所以是自发的氧化还原反应活动与探究二：能否根据Zn+Cu2+=Zn2+Cu也来 设计一个铜、锌原电池？指出所选用的电解质溶 液，写出该原电池的两电极反应式、总反应式。 画出原电池的构造图。 负极材料_负极反应_ 正极材

3、料_正极反应_ 选用的电解质溶液_ 原电池的构造图：CuSO4Zn Cu或CZn -2e-= Zn 2+Cu 2+ +2e-= Cu CuSO4溶液思考：设计出的原电池有什么 缺点？如何改进？ 寿命短，不稳定二、双液原电池的设计（1）组成半电池电解质溶液和电极材料导线、盐桥（2）工作原理在ZnSO4溶液中，锌片逐渐 ，即Zn被 ，锌原子电子，形成 进入溶液，从锌片上释放的电子，经过 导线流向 ；溶液中的 从铜片上得电子，还原成 为 并沉积在铜片上。总反应为 。 反应是自发进行的，锌为 ，铜为 。溶解氧化 失去Zn2+ Cu片Cu2+ CuZn +CuSO4= Zn SO4+Cu 负极正极负极相

4、对活泼-失电子-电子流出-发生氧化反应正极相对不活泼-得电子-电子流入-发生还原反应（3）电极（4）环路的构成外电路：电子从负极到正极内电路：阳离子 正极，阴离子 负极(-)(+)（5）盐桥在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂做成的冻胶。盐桥的作用： （1）形成闭合回路。 （2）平衡电荷。将离子反应 2Fe3+Cu = 2Fe2+ + Cu2+ 设计成原电池 利用反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2 ，设 计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐 桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应 。 (+)(-)G Cu Pt FeCl3 溶液 负极（Cu）：Cu-2e- = Cu2+ （

5、氧化反应） 正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应 ）(+)(-)盐桥Cu C CuCl2溶液FeCl3溶液G 强调：原电池的设计原电池电极反应式的书写注意事项： （1） 找出两极放电的物质，负氧正还。 （2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极 方程式两边添加H+、OH、H2O，以遵循电 荷守恒和质量守恒。 （3）要注意电极反应产物是否与电解质溶 液发生反应。小结方法一：根据电极材料的性质确定。相对活泼的是负极，相对不活泼的是正极； 方法二：根据电极反应的本质确定。 失电子的反应氧化反应负极； 得电子的反应还原反应正极。 方法三：根据电子或电流方向确定。 电子流出的为负极，电子

6、流入的为正极 电流流出的为正极，电流流入的为负极 方法四：根据电极的现象确定。 有气泡产生或增重的为正极，减轻的为负极强调：电极的判断1确定金属活动性顺序B例1（1993年上海高考化学题）有A、B、C、D四 种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液 中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸 中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变 化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可 推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ） ADCAB BDABC CDBAC DBADC2比较反应速率例2（2000年北京春季高考化学题） 100mL浓度为2 molL-1的盐酸跟过量的 锌片

7、反应，为加快反应速率，又不影响 生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ） A加入适量的6molL-1的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液B3.原电池的设计4.比较金属腐蚀的快慢原电池应用负极（锌筒） ：Zn-2e-=Zn 2+ 正极（石墨） ： 2NH4+ +2e-= 2NH3+ 2H2 总反应：Zn+2NH4+=Zn 2+2NH3+2H2 1、锌-锰干电池(酸性 ）常用电池的电极反应和电池总反应式书写2、铅蓄电池负极Pb：Pb+ SO42- -2e- = PbSO4 正极PbO2：PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O总反应 ：钮扣

8、电池：不锈钢制成一个由正 极壳和负极盖组成的小圆盒，盒 内靠正极一端填充由Ag2O和少量 石墨组成的正极活性材料，负极 盖一端填充锌汞合金作负极活性 材料，电解质溶液为浓KOH溶液， 已知电池内Zn的氧化产物为ZnO，3、银-锌电池 负极：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O 正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag电极: Pt制作的惰性电极 电解质溶液: KOH溶液 负极: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O正极: O2 + 2H2O + 4e- 4OH-总反应：2H2+ O22H2O拓展创新氢氧燃料电池若为酸性

9、介质，试写出电极反应式？思考:负极：2H2 - 4e- 4H+ 正极: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O4、新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/ 煤气电池/海水-空气电池)5、海水电池（电解质溶液为海水）负极：4Al-12e=4Al3+， 正极：3O2+6H2O+12e=12OH 总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)36、锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：2Li-2e=2Li+，正极：I2+2e=2I， 总反应：2Li+I2=2LiI跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长 ，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长 。1、2、金属阳离子失e-氧化反应金属腐蚀的类型化学

10、腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）金属腐蚀及防护金属原子金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学 反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。钢铁表面形成的微小原电池示意图钢铁的腐蚀钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图Fe2O3 nH2O （铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱。CO2+H2O H2CO3 H+HCO 3- 电极反应负极Fe(- )Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+ 正极C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH- 总反应:Fe+2H+=Fe2+2Fe+2H2O+O2=

11、 2 Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系钢铁腐蚀的防护：例6：改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢 里制成合金钢。A.C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；B.D.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港 币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴 首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要 成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分 析，最可能的是环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；（ D ）它们

12、是含一定比例金、银、锡、锌的合金；2.金属表面覆盖保护层3.电化学保护法原理：原理 ：如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。牺牲阳极的阴极保护法形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反 应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。牺牲阳极的阴极保护法示意图练习：下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度 的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序 是 A B C D D在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下 ： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学 腐蚀有防腐措施的腐蚀防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法牺牲阳极

13、的阴极保护法有 一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀小结例1：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为_，则其正极反应式为_。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为_，则其负极反应可表示为_ 。2H2-4e-+4OH-=4H2O 2H2-4e-=4H+O2+4e-+4H+=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-例2：氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然 使用方便，却受到价格和来源的限制。常用 的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、 汽油等。请写出图中甲烷燃料电

14、池中a极的 电极反应式： ，此时电池内总的反应式。 KOH溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O例3：有人设计出利用CH4和O2的反应，用 铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总 反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确 的是（ ） 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- 负极上CH4失去电子，电极反应式：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O 负极上是O2获得电子，电极反应式为： O2+2H2O+4e-=4OH- 电池放电后，溶液PH不断升高 A. B. C. D.A 例4：已知下列原电池的总反应式，Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2，请写出电极反应式负极：_ 正极：_ 例5：将上题中的反应设计成原电池。画出装置图并注明电极材料及电解质溶液。2Fe3+