《2013届江苏省苏教版高考化学总复习课件：第5单元第18讲《化学能与电能的转化金属的腐蚀》》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013届江苏省苏教版高考化学总复习课件：第5单元第18讲《化学能与电能的转化金属的腐蚀》（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第18讲 化学能与电能的转化 金属的腐蚀,一、原电池原理 1概念：把 化学能 转变成 电能 的装置叫做原电池。 2原电池的电极和电极反应： 正极：符号“”，得到电子，发生还原反应。 负极：符号“”，失去电子，发生氧化反应。,3原电池形成的一般条件： (1)两个活泼性不同的电极(在一定条件下较活泼的电极作为负极)。 (2)电解质溶液：电极必须与电解质溶液接触。 (3)形成闭合回路(外电路由导线构成通道；内电路由电解质构成通道)。 (4)自发的氧化还原反应。,4工作特点： (1)原电池在放电时，负极上还原性较强的物质(负极本身或与负极紧密接触的物质)的电子经过导线流向正极，而正极上氧化性较强的物质
2、(正极本身或与正极紧密接触的物质)得到电子，两极之间再通过盐桥及池内溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流的闭合回路。负极流出电子(发生氧化反应)，正极流入电子(发生还原反应)。,(2)原电池工作的本质是 氧化还原反应 。理论上，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。 铜锌原电池(电解液H2SO4溶液)的工作原理和电子流向可用下列图示表示：,Zn2e=Zn2阴离子向负极移动；阳离子向正极移动2H2e=H2,正负极的判断方法： (1)由组成原电池的两极电极材料判断。一般是活动性较强的金属为负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。电
3、流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。 (3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。,(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。 (5)根据现象判断。溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极,二、化学电源 1酸性锌锰干电池 (1)构造：正极：石墨碳棒；负极：锌皮；电解质溶液：糊状氯化铵。 (2)电极反应：负极：Zn=Zn22e 正极：MnO2NH4+ e=MnO(OH)NH3 电池反应： Zn2NH4Cl2MnO2=ZnCl22MnO(O
4、H)2NH3,2碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池与酸性锌锰干电池的区别在于：以氢氧化钾代替氯化铵做电解质。其电极反应如下： 负极：Zn2OH=Zn(OH)22e 正极：2MnO2H2O2e=Mn2O32OH 电池反应：Zn2MnO2H2O=Zn(OH)2Mn2O3,3铅蓄电池 (1)构造：负极：铅；正极：二氧化铅；电解质溶液：硫酸溶液。 (2)电极反应： 负极：PbSO42 =PbSO42e 正极：PbO22e4H SO42 =PbSO42H2O 电池反应：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O (3)优点：铅蓄电池是二次电池，可多次充电，反复利用。 PbO2Pb2H2SO4 2PbSO
5、42H2O,4氢氧燃料电池 (1)构造：负极：氢气；正极：氧气；电解质溶液：氢氧化钾溶液。 (2)电极反应： 负极：2H24OH=4H2O4e 正极：O24e2H2O=4OH 电池反应：2H2O2=2H2O (3)优点：能量利用率高。,根据离子的存在条件要求可知，氢氧燃料电池的电极反应方程式书写时应注意电极产物的差异：,三、金属的腐蚀和防护 1金属的电化学腐蚀 (1)金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体物质发生 氧化还原反应 而引起损耗的现象。金属腐蚀的本质是金属失去电子变成阳离子，发生氧化反应；一般可分为 化学 腐蚀和 电化学 腐蚀。 (2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会
6、发生 原电池 反应， 较活泼 的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。,钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，将发生析氢腐蚀。Fe 是负极，C 是正极；发生的电极反应负极： Fe2e=Fe2；正极： 2H2e=H2 ； 生成的Fe(OH)2在空气中发生变化的化学方程式是4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3 。 钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液 呈中性 或呈 弱碱性 并溶有 O2 时，将会发生吸氧腐蚀。负极反应为 Fe2e=Fe2 ； 正极反应为 2H2OO24e=4OH ； 总反应的方程式为 2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2 。,(1)牺牲阳极的阴极保护
7、法这种方法通常是在被保护的钢铁设备(如锅炉内壁、船体外壳等)上装上若干锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为正极的钢铁设备被保护了下来。 (2)外加电流的阴极保护法这种方法是将被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极，用惰性电极作阳极，两者均存在于电解质溶液中，接上直流电源；通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷的积累，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀。,【典例1】如图所示是一套电化学实验装置，图中C、D均为铂电极， U为盐桥，G是灵敏电流计， 其指针总是偏向电源正极。,(1)As(砷)位于元素周期表中第四周期A族，则Na3AsO4溶液的p
8、H_(填“7”、“7,(2)向B杯中加入适量较浓的硫酸，发现G的指针向右偏移。此时A杯中的主要实验现象是_，D电极上的电极反应式为_。,【解析】(2)G的指针向右偏移，说明D是正极，C是负极，B中发生的反应为AsO43 2H2e= AsO33 H2O， A中发生的反应为：2I2e=I2， 碘单质遇到淀粉显蓝色；,无色溶液变成蓝色,AsO43 2H2e= AsO33 H2O,(3)一段时间后，再向B杯中加入适量的质量分数为40%的氢氧化钠溶液，发现G的指针向左偏移。此时整套实验装置的总的离子方程式为 _ _。,【解析】(3)G的指针向左偏移，说明C是正极，D是负极，A中反应为：I22e=2I，
9、B中的反应为：AsO33 H2O2e= AsO43 2H，总方程式为：I2 AsO33 H2O=2H2I AsO43 。,I2 AsO33 H2O=2H2I AsO43或 I2 AsO33 2OH=H2O2I AsO43,【点拨】实验中的电化学问题，关键是对于原电池中电极反应式的书写，两个电解质溶液中的可逆反应在改变电解质溶液的酸碱性时，反应方向发生改变，同时改变了电子的转移方向，本题看似电化学问题，实质上是对离子方程式的考查，考生要注意此类题型的新颖性和灵活性。,【迁移训练1】(2011淮阴中学学情检测)日本茨城大学研制了一种新型的质子交换膜二甲醚燃料电池(DDFC)，该电池有较高的安全性。
10、电池总反应为：CH3OCH33O2=2CO23H2O，电池示意如图，下列说法不正确的是( ),Aa极为电池的负极 B电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极 C电池正极的电极反应为：4H O2 4e=2H2O D电池工作时，1mol二甲醚被氧化时就有6mol电子转移,【解析】由电池总反应式可知：二甲醚发生氧化反应，为负极反应物，氧气发生还原反应，为正极反应物，所以a为负极，b为正极；工作时，电子由a极沿导线经灯泡再到b极，电流由b极沿导线经灯泡再到a极； 负极反应为：CH3OCH312e3H2O=2CO212H， 正极反应为：4H O2 4e=2H2O； 电池工作时，1mol二甲醚被氧化时就有
11、12mol电子转移。,【参考答案】D,【典例2】如下图所示是某太空空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH溶液为电解液，下列有关说法中正确的是( )A该能量转化系统工作时，需不断补充H2O B该转化系统的能量本质上来源于太阳能 C水电解系统中的阴极反应：O22H2O4e=4OH D燃料电池放电时的负极反应：H22e=2H,【解析】水电解时阴极为2H2e=H2，C项错误；燃料电池放电时负极为H22OH2e=2H2O，故D项错误；A项中H2O可以循环利用，错误；B项正确。,【点拨】在书写电极反应式时往往只考虑电极上的反应而忽视了电极反应后产生的物质与电解质溶液中的某些离子反应，因此要
12、注意考虑离子反应、离子共存的情况；要根据化合价的变化判断正负极。,【参考答案】B,【迁移训练2】(2011盐城市摸底)磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池，其基本组成和反应原理如下：下列说法不正确的是( ),A在改质器中主要发生的反应为CXHYXH2O XCO(XY/2)H2 B移位反应器中CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) H0。温度越高，CO转化率越大 C负极排出的气体主要是CO2 D该电池正极的电极反应为O24H4e=2H2O,【解析】由图可以看出，进入改质器的气体是CXHY和H2O，出来的是H2、CO、H2O，A选项正确；在移位反应器中，CO和H2O反应生成CO2和H2，此
13、反应放热，升高温度，平衡逆移，CO转化率减小；CO2和H2进入燃料电池，H2在负极放电生成H，CO2则从负极排出；负极生成的H经过交换膜进入正极，与正极氧气反应生成水。,【参考答案】B,【典例3】(2010盐城模拟)右图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH4的雨水和生铁片。观察：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是( ) A生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应 B雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀 C墨水回升时，碳极反应式为：O2 2H2O 4e=4OH D具支试管中溶液pH逐渐减小,【解析】开始导管内液面下降，说明此时有气体生成，生
14、铁发生的是析氢腐蚀，此时负极反应为：Fe2e=Fe2，正极反应为：2H2e=H2。 一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面，此时反应变为吸氧腐蚀，正极反应式为： O2 2H2O 4e=4OH， 在反应过程中，具支试管中溶液pH逐渐增大。,【参考答案】C,【点拨】金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，而电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，要分清它们发生的条件及反应时的方程式。,【迁移训练3】(2009上海)如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是( ) A生铁块中的碳是原电池的正极 B红墨水柱两边的液面变为左低右高 C两试管中相同的电极反应式是Fe2e=Fe2 Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀,【解析】粗看装置虽感到陌生，但仔细分析得知该实验是吸氧腐蚀与析氢腐蚀的简单综合。a试管内盛装食盐水，溶液呈中性，发生的是吸氧腐蚀负极反应式为：Fe2e=Fe2，正极反应式为：O22H2O4e=4OH， 显然a装置内气体的物质的量减少，压强减小。b试管内盛装氯化铵，溶液呈酸性，发生的是析氢腐蚀，负极反应式为：Fe2e=Fe2，正极反应式为：2H2e=H2， 气体的物质的量增加，压强增大。综上分析选项B错。,
