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原電池的工作原理及應(yīng)用化學(xué)電源學(xué)案+練案
原電池的工作原理及應(yīng)用 化學(xué)電源 學(xué)案+練案
最新考綱
1.了解原電池和電解池的工作原理,能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式? 2.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理?
3.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因,金屬腐蝕的危害,防止金屬腐蝕的措施? 【自主復(fù)習(xí)】
一?原電池的工作原理 1.定義
把 轉(zhuǎn)化為 的裝置? 2.構(gòu)成條件
(1)具有兩個(gè) 不同的電極(金屬和金屬或金屬和非金屬)? (2)具有 溶液?
(3)形成 (或在溶液中相互接觸)? 3.原電池的兩極
負(fù)極:活潑性 的金屬,發(fā)生 反應(yīng)?
正極:活潑性 的金屬或?qū)w,發(fā)生 反應(yīng)? 4.電極反應(yīng)式的書寫和電荷移動(dòng)方向 (1)電極反應(yīng)式的書寫
負(fù)極: ,電極反應(yīng)式: 正極: ,電極反應(yīng)式: 電池反應(yīng): (2)電荷、電子移動(dòng)方向
電子：由 極,沿導(dǎo)線流入 極
離子： 移向正極, 移向負(fù)極 5.原電池正負(fù)極的判斷
在書寫原電池的電極反應(yīng)式時(shí),首先應(yīng)正確判斷原電池的兩個(gè)電極哪一個(gè)是正極,哪一個(gè)是負(fù)極?常用的判斷方法有:
(1)根據(jù)電子流動(dòng)方向判斷?在原電池中,電子流出的一極是負(fù)極;電子流入的一極是正極?
(2)根據(jù)兩極材料判斷?一般活潑性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極;活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極?
(3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動(dòng)方向判斷?陽離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng)?
(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷?負(fù)極總是失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),正極總是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)?
(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷?溶解的一極為負(fù)極,質(zhì)量增加或放出氣體的一極為正極? 二?發(fā)展中的化學(xué)電源
1.一次電池(不能充電,不能反復(fù)使用) （1）堿性鋅錳電池:電解質(zhì)為KOH
負(fù)極:Zn+2OH--2e-==Zn(OH):2MnO--2 正極2+2H2O+2e==2MnO(OH)+m.oriental01.com2OH 總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2 （2）銀一鋅紐扣電池
負(fù)極：Zn＋2OH－
-2e-＝Zn(OH)2 正極：Ag-－2O＋H2O＋2e＝2Ag＋2OH 總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O＝Zn(OH)2＋2Ag
2.二次電池(可充電,可多次重復(fù)使用) 如鉛蓄電池:H2SO4作電解液 (1)放電時(shí):
負(fù)極:Pb+SO2--+2--4-2e==PbSO4 正極:PbO2+4H+SO4+2e==PbSO4+2H2O
總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O
(2)充電反應(yīng)為電解過程,是放電反應(yīng)的逆過程
陰極:PbSO-2--+2-4+2e==Pb+SO4 陽極:PbSO4+2H2O-2e==PbO2+4H+SO4
總反應(yīng):2PbSO4+2H2O==Pb+PbO2+2H2SO4 3.燃料電池
(1)氫氧燃料電池：（一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負(fù)極通入H2，正極通入 O2） ①用酸性電解質(zhì)時(shí):
負(fù)極:2H-++-2-4e==4H 正極: O2+4H+4e==2H2O
總反應(yīng):2H2+O2==2H2O
②用NaOH等堿性溶液時(shí):
負(fù)極:2H----2+4OH-4e==4H2O 正極: O2+2H2O+4e==4OH 總反應(yīng):2H2+O2==2H2O ③中性溶液時(shí)：
負(fù)極: 2H-==4H+ 正極: O--2-4e2+2H2O+4e==4OH
總反應(yīng):2H2+O2==2H2O ④固體電解質(zhì)：（氧化鋯-氧化釔）
負(fù)極: 2H-+-2-2-4e==4H 正極: O2+4e==2O
總反應(yīng):2H2+O2==2H2O
(2)CH4燃料電池:電解質(zhì)為KOH
負(fù)極:CH--8e-==CO2-:2O--4+10OH3+7H2O 正極2+4H2O+8e==8OH
總反應(yīng):CH+2OH-==CO2-4+2O23+3H2O (3)CH3OH燃料電池:電解質(zhì)為KOH
負(fù)極:2CH--2-O 正極:3O--3OH+16OH-12e==2CO3+12H22+6H2O+12e==12OH
總反應(yīng):2CHOH+3O-2-32+4OH==2CO3+6H2O
（4）乙烷燃料電池： 電解質(zhì)為KOH溶液
負(fù)極：2C-→4CO2----2H6 +36OH3+28e+24H2O 正極：7O2+28e+ 14H2O→28OH 總反應(yīng)：2C2H6 + 8KOH +7O2=4K2CO3 + 10H2O （5）鋁–空氣–海水電池
電源負(fù)極材料為：鋁；電源正極材料為：石墨、鉑網(wǎng)等能導(dǎo)電的惰性材料。
負(fù)極：4Al－12e－===4Al3+； 正極：3O－－
2+6H2O+12e===12OH 總反應(yīng)式為：4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3 三?金屬的腐蝕與防護(hù) 1.金屬的腐蝕
(1)概念：金屬與周圍的空氣或液體物質(zhì)發(fā)生 反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象? (2)分類
一般分為 腐蝕和 腐蝕兩種? (3)化學(xué)腐蝕
金屬跟接觸到的 氣體或 液體等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕? (4)電化學(xué)腐蝕
①概念: 的金屬跟 接觸時(shí),因?yàn)榘l(fā)生 反應(yīng)而引起的腐蝕? ②分類
在金屬外面的水膜呈較強(qiáng)酸性時(shí)發(fā)生析氫腐蝕? 以鋼鐵為例:
負(fù)極(Fe):Fe-2e-==Fe2+
正極(C):2H++2e-==H2↑
b.吸氧腐蝕
在金屬外面的水膜酸性很弱或呈堿性或中性,溶解一定量O2時(shí)發(fā)生吸氧腐蝕? 以鋼鐵為例:
負(fù)極(Fe):2Fe-4e-==2Fe2+
正極(C):O+2H--22O+4e==4OH 總反應(yīng):2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2
氧化過程:4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 脫水過程:2Fe(OH)3==Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O 2.金屬的防護(hù)
(1)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使其成為防腐蝕金屬,如制成不銹鋼等?
(2)加防護(hù)層,如在金屬表面噴油漆?涂油脂?電鍍?噴鍍或表面鈍化等方法? (3)電化學(xué)防護(hù)
①犧牲陽極的陰極保護(hù)法——原電池原理 a.正極(陰極):被保護(hù)的金屬設(shè)備
b.負(fù)極(陽極):比被保護(hù)的金屬活潑的金屬 ②外加電流的陰極保護(hù)法——電解原理 a.陰極:被保護(hù)的金屬設(shè)備 b.陽極:惰性電極
3. 金屬腐蝕快慢的判斷方法
(1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕? (2)同一金屬在不同電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率: 強(qiáng)電解質(zhì)>弱電解質(zhì)>非電解質(zhì)?
(3)原電池原理引起的腐蝕速率:兩電極金屬活動(dòng)性相差越大,越易腐蝕? (4)對(duì)于同一電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快? 四?原電池原理的應(yīng)用
1.加快氧化還原反應(yīng)的速率
例如:在鋅與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快? 2.尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)電源? 3.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱
例如:有兩種金屬a和b,用導(dǎo)線連接后插入到稀H2SO4中,觀察到a極溶解,b極上有氣泡產(chǎn)生?根據(jù)現(xiàn)象判斷出a是負(fù)極,b是正極,由原電池原理可知,金屬活動(dòng)性a>b? 4.設(shè)計(jì)化學(xué)電池
例如:以2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2為依據(jù),設(shè)計(jì)一個(gè)原電池?
(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng),分別作原電池的負(fù)極和正極?電極反應(yīng)式:
負(fù)極:Cu-2e-==Cu2+;正極:2Fe3++2e-==2Fe2+
?
例1 (2010·廣東理綜)銅鋅原電池(如下圖)工作時(shí),下列敘述正確的是( )
A.正極反應(yīng)為:Zn-2e-==Zn2+
B.電池反應(yīng)為:Zn+Cu2+==Zn2+
+Cu C.在外電路中,電子從負(fù)極流向正極 例2 某固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì),其中O2-可以在其內(nèi)部自由通過?其工作原理如圖所示,下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是
A.電極b為電池負(fù)極,電極反應(yīng)式為O-==2O2-2+4e B.固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過
C.若H作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為H--+
22+2OH-4e==2H+H2O
D.若CC2--2-2H4作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為2H4+8O-12e==2CO3+2H2O 例3 (2010·新課標(biāo)全國理綜)根據(jù)下圖,可判斷出下列離子方程式中錯(cuò)誤的是
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)==2Ag+
(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)==Co(s)+Cd2+
(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)==2Ag(s)+Cd2+
(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)==2Ag(s)+Co2+
(aq)
例4、鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應(yīng):①2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O?下列說法正確的是( )
A.反應(yīng)①?②中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等 B.反應(yīng)①中氧化劑是氧氣和水
C.與銅質(zhì)水龍頭連接處的鋼質(zhì)水管不易發(fā)生腐蝕 D.鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學(xué)腐蝕
例5鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛,如FeCl3可用作催化劑?印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血?jiǎng)┑? (1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式
___________________________________________________?
(2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池,請(qǐng)畫出原電池的裝置圖,標(biāo)出正?負(fù)極,并寫出電極反應(yīng)式? 正極反應(yīng)________________________,負(fù)極反應(yīng)_____________________________
例6 高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓?高鐵電池的總反應(yīng)為:
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH 下列敘述不正確的是( )
A.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為:Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2
B.充電時(shí)陽極反應(yīng)為:Fe(OH)--2-3-3e+5OH==FeO4+4H2O
C.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3 mol電子,正極有1 mol K2FeO4被氧化 D.放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng) 例7、阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)為2H2+O2==2H2O，電解液為KOH，反應(yīng)保持在較高溫度，使H2O蒸發(fā)，下列敘述正確的是（ ） A、此電池能發(fā)出藍(lán)色火焰 B、H2為正極，O2為負(fù)極
C、工作時(shí)，電解液的pH不斷減小
D、電極反應(yīng)為：負(fù)極2 H2+4 OH--4e-==4 H2O 正極O2+2H2O+4e-==4 OH-
1、.(2010·長(zhǎng)春市調(diào)研)用銅片?銀片?Cu(NO3)2溶液?AgNO3溶液?導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U形管)構(gòu)成一個(gè)原電池(如圖)?以下有關(guān)該原電池的敘述中正確的是(
)
①在外電路中,電子由銅電極流向銀電極
②正極反應(yīng)為:Ag++e-==Ag
③實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋,原電池仍繼續(xù)工作
④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同 A.①② B.①②④ C.②③ D.①③④
2、.可用于電動(dòng)汽車的鋁-空氣燃料電池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液,鋁合金為負(fù)極,空氣電極為正極?下列說法正確的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí),正極反應(yīng)都為:O2+2H2O+4e-==4OH- B.以NaOH溶液為電解液時(shí),負(fù)極反應(yīng)為:Al+3OH--3e-==Al(OH)3
C.以NaOH溶液為電解液時(shí),電池在工作過程中電解液的pH保持不變 D.電池工作時(shí),電子通過外電路從正極流向負(fù)極
3、.分析如圖所示的四個(gè)原電池裝置,其中結(jié)論正確的是(
)
A.①②中Mg作為負(fù)極,③④中Fe作為負(fù)極 B.②中Mg作為正極,電極反應(yīng)式為6H2O+6e-==6OH-+3H2↑ C.③中Fe作為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-==Fe2+ D.④中Cu作為正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-==H2↑ 4、把A、B、C、D四塊金屬片浸入稀硫酸中，分別用導(dǎo)線兩兩相連可以組成原電池．A、B相連時(shí)A為負(fù)極；C、D相連時(shí)，電流由D→C；A、C相連時(shí)，C極上產(chǎn)生大量氣泡； B、D相連時(shí)，D極發(fā)生氧化反應(yīng)．這四種金屬的活動(dòng)順序是 A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞D＞B C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A
5、(2010·安徽理綜)某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H+,其基本結(jié)構(gòu)如圖,電池
A.電子通過外電路從b極流向a極
B.b極上的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-==4OH- C.每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子,消耗1.12 L的H2 D.H+由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極
6、一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為;在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳?該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是( )
A.CH(g)-2e-==H+
3OH(g)+O22O(l)+CO2(g)+2H(aq)
B.O+
2(g)+4H(aq)+4e-==2H2O(l)
C.CHOH(g)+H+
32O(l)-6e-==CO2(g)+6H(aq) D.O2(g)+2H2O(l)+4e-==4OH-
7、某固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì),其中O2-可以在其內(nèi)部自由通過?其工作原理如圖所示,下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是( )
A.電極b為電池負(fù)極,電極反應(yīng)式為O2-
2+4e-==2O B.固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過
C.若H-+
2作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為H2+2OH-4e-==2H+H2O
D.若CHH2-24作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為C24+8O2--12e-==2CO3+2H2O 8、(2010·北京理綜)下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說法正確的是( ) A.鋼管與電源正極連接,鋼管可被保護(hù)
B.鐵遇冷濃硝酸表面鈍化,可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕
C.鋼管與銅管露天堆放在一起時(shí),鋼管不易被腐蝕 D.鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí),負(fù)極反應(yīng)是Fe-3e-==Fe3+ 9、鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛,如FeCl3可用作催化劑?印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血?jiǎng)┑? (1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式 ___________________________________________________? 2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池,請(qǐng)畫出原電池的裝置圖,標(biāo)出正?負(fù)極,并寫出電極反應(yīng)式? 正極反應(yīng)________________________________,負(fù)極反應(yīng)________________________________?
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