化學(xué)電源和金屬腐蝕和防護(hù)

1、關(guān)于化學(xué)電源與金屬腐蝕與防護(hù)第一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 解決原電池問題的出發(fā)點(diǎn)和基本原則是： 書寫電極反應(yīng)式，注意幾點(diǎn)： （1）電極反應(yīng)是一種離子反應(yīng)，遵循書寫離子反應(yīng)式的一切規(guī)則（如“拆”、“平”）； （2）負(fù)極失電子所得氧化產(chǎn)物、正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)（如+4價(jià)的C在酸性溶液中以CO2形式存在、在堿性溶液中以形式CO3-存在）； （3）溶液中不存在O2-在酸性溶液中它與H+結(jié)合成H2O、在堿性或中性溶液中它與H2O結(jié)合成OH-。 （4）兩極反應(yīng)相加得到總反應(yīng)，總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)得到正極反應(yīng)、總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極反應(yīng)。 第二張，PPT共二十五頁，

2、創(chuàng)作于2022年6月一、化學(xué)電源1、干電池： 普通干電池，又稱鋅錳電池。干電池的外殼是鋅筒，作負(fù)極。中間的一根石墨棒是正極，在石墨棒和鋅筒之間，充滿了二氧化錳、炭黑、浸濕的氯化銨及其他糊狀填充物。干電池在使用時(shí)，兩極通過金屬導(dǎo)線連接起來形成了外電路，電子從鋅筒負(fù)極流出，經(jīng)外電路而流入石墨棒正極。第三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2、鉛蓄電池： 在鉛蓄電池里，裝有鉛銻合金制成的柵狀極板。正極的極板上有二氧化鉛，負(fù)極的極板上是海綿狀的鉛。兩種極板都浸泡在硫酸溶液中。 負(fù)極：PbSO422ePbSO4正極：PbO24H+SO422ePbSO42H2O總反應(yīng)式：PbPbO22H2SO4 2

3、PbSO42H2O充電放電第四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)原電池的工作原理分析，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，可知：Pb 2e- Pb2+ ,生成的Pb2+ 進(jìn)入電解質(zhì)溶液中，Pb2+ 與溶液中的SO42-不能共存，要繼續(xù)反應(yīng)生成PbSO4，即：Pb2+ + SO42- PbSO4 ，因此在原電池的負(fù)極反應(yīng)式為+即：Pb 2e- + SO42- PbSO4 ；正極是得電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極，則有;PbO2 + 2e- Pb2+ + 2O2- ,Pb2+ 和O2-進(jìn)入溶液中，由于電解質(zhì)溶液是H2SO4溶液，O2-在酸性環(huán)境中，不能單獨(dú)存在，可供O2-結(jié)合的微粒由H+和H2O，O2-

4、在酸性環(huán)境中優(yōu)先結(jié)合H+生成H2O，這樣在正極發(fā)生的反應(yīng)有：4H+ + 2O2- 2H2O；Pb2+ + SO42- PbSO4根據(jù)以上分析可知正極反應(yīng)式為+即：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ PbSO4 + 2H2O。（注意：在電極反應(yīng)式中應(yīng)遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒；在負(fù)極反應(yīng)式與正極反應(yīng)式相加求總反應(yīng)時(shí)要注意得失電子數(shù)要相等。）第五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月我國首先研制出以鋁空氣海水電池為能源的新型航標(biāo)燈，只要把燈放入海水中數(shù)分鐘就會(huì)發(fā)出耀眼的光線，其能量比普通干電池高2050倍。試推測此電池的基本結(jié)構(gòu)：負(fù)極材料是 ，鐵能否做正極材料？負(fù)極反應(yīng) 正極反應(yīng) 總

5、反應(yīng) 。3.海水電池負(fù)極：Al正極：活潑性比 Al 弱的導(dǎo)體電極反應(yīng)方程式：負(fù)極：Al 3e- = Al3+O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-正極得失電子守恒請寫出反應(yīng)總的方程式4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3第六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 AgZn高能電池：由Ag2O、Zn及KOH溶液組成。總反應(yīng)為：Zn + Ag2O + H2O Zn（OH）2 + 2Ag根據(jù)原電池原理可知：Zn做負(fù)，Ag2O做正極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。負(fù)極極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負(fù)極反應(yīng)為：Zn 2e- Zn2+,Zn2+進(jìn)入溶液后又與溶液中的OH-反應(yīng)Zn2+ +

6、2OH- Zn（OH）2。所以負(fù)極反應(yīng)為：Zn 2e- + 2OH- Zn(OH)2 ;正極為Ag2O得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，即Ag2O + 2e- 2Ag + O2- O2-在中性或堿性環(huán)境中也不能單獨(dú)存在，只能結(jié)合H2O生成OH-，故在中性或堿性條件下O2- +H2O 2OH- ，所以正極反應(yīng)式為：Ag2O + 2e- + H2O 2Ag + 2OH- 。4.鈕扣電池第七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月銀鋅電池（鈕扣式電池）的正極是由氧化銀和少量石墨組成的活性材料，負(fù)極是鋅汞合金，電解質(zhì)為氫氧化鉀溶液，電極反應(yīng)為 Zn2OH2eZnOH2O、 Ag2OH2O2e2Ag2OH ； 總

7、反應(yīng)為：Ag2OZn2AgZnO，下列判斷正確的是（ ）A、鋅為正極，Ag2O為負(fù)極B、鋅為負(fù)極，Ag2O為正極C、原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)PH減小D、原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)PH增大B、C第八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月5.燃料電池： 燃料電池能將燃料跟氧氣起化學(xué)反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。正極和負(fù)極都用多孔碳或多孔鎳、鐵等制成。從負(fù)極連續(xù)通入煤氣、水煤氣、氫氣、甲烷等可燃性氣體物質(zhì)；從正極連續(xù)通入空氣或氧氣。用堿（如KOH）的水溶液或熔融的碳酸鹽、金屬氧化物（如K2CO3、MgO等）做電解液?；瘜W(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時(shí)的產(chǎn)物相同。燃料電池的能量利用率高于燃料直接燃燒，可達(dá)70%以

8、上。 第九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月H2 O2電池是常用的一種燃料電池，構(gòu)造如圖所示：H2和O2分別從電池的負(fù)極和正極通入，穿過浸入2040的KOH溶液的多孔碳電極，電極反應(yīng)是：2H2+4OH4e = 4H2O總反應(yīng)式：負(fù)極：正極：O2+2H2O +4e = 4OH2H2+O2=2H2O第十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月說明在書寫電極反應(yīng)時(shí),不僅要考慮氧化劑和還原劑，還要注意電解質(zhì)溶液對產(chǎn)物存在形式的影響。堿性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)H+，酸性介質(zhì)的電極反應(yīng)中不能出現(xiàn)OH。如氫氧燃料電池中，若用堿溶液作電解質(zhì)溶液，電極反應(yīng)為：若用硫酸溶液作電解質(zhì)溶液，則電極反應(yīng)為：

9、正極：O22H2O4e4OH負(fù)極：2H24OH4e4H2O正極：O24H4e2H2O負(fù)極：2H24e4H第十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月用鉑絲作電極，插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，構(gòu)成燃料電池。正極：負(fù)極： CH4+10OH8e=CO32+7H2O總反應(yīng)式：CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O2O2 4H2O8e8OH溶液的pH減小第十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月練習(xí)3：熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陰極燃?xì)?，空氣與CO2的混合氣體為陽極助燃?xì)猓频迷?50下工作

10、的燃料電池，完成有關(guān)的電極反應(yīng)式：陰極反應(yīng)式：2CO2CO324e4CO2陽極反應(yīng)式為 .總電池反應(yīng)式： 。O22CO24e2CO322COO22CO2第十三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月原電池電極方程式書寫關(guān)鍵1、明確原電池兩極的反應(yīng)物、產(chǎn)物及化合價(jià)的變化。2、判斷是否存在特定的條件（如介質(zhì)中的微粒H+、OH-參與反應(yīng)）。3、反應(yīng)式要滿足質(zhì)量、得失電子及電荷守恒。第十四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月例1、銀鋅蓄電池是一種高能電池，它的兩極材料分別為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，放電時(shí)它的正、負(fù)兩極的電極反應(yīng)式如下： Zn+2OH-2e=Zn(OH)2 Ag2O+

11、H2O+2e=2Ag+2OH下列判斷正確的是 A鋅為負(fù)極，氧化銀為正極；B鋅為正極，氧化銀為負(fù)極；C原電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液pH增大；D原電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgAD原電池總方程式實(shí)際就是兩個(gè)電極反應(yīng)式的加和，同樣兩個(gè)電極反應(yīng)式的書寫就是將總方程式拆開。第十五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月例2、用石墨做電極電解3mol/LKCl和0.5mol/LAl2(SO4)3混合液時(shí)，下圖中表示電解變化的曲線合理的是電解池總方程式反映的是電解前后電解質(zhì)溶液的變化，而兩個(gè)電極反應(yīng)式反映的是電解的實(shí)質(zhì)（或原理），故二者往往不一樣。第十六張，PPT共二十

12、五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、金屬的腐蝕與防護(hù)金屬的 腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕金屬腐蝕的本質(zhì)： 金屬原子失去電子被氧化為陽離子的過程。第十七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的區(qū)別與聯(lián)系電化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕 條件 不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸 金屬與氧化劑直接接觸 現(xiàn)象 有微弱電流產(chǎn)生 無電流產(chǎn)生 本質(zhì) 較活潑金屬被氧化的過程 金屬被氧化的過程 相互關(guān)系 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍，危害更嚴(yán)重 第十八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 鋼鐵在潮濕空氣中的腐蝕就屬于最突出的電化學(xué)腐蝕。(1)吸附水分，形成水膜。(2)吸

13、收CO2、O2等，形成電解質(zhì)稀溶液。(3)溶液與鋼鐵表面的鐵和碳構(gòu)成無數(shù)個(gè)微小的原電池。腐蝕的過程第十九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖2H+2eH2 2Fe4e2Fe2+Fe2eFe2+ 2H2OO24e4OHFe2H+Fe2+H2 2FeO22H2O2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3 Fe(OH)3Fe2O3nH2O(鐵銹) 負(fù)極：正極：總反應(yīng)式：第二十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月金屬防護(hù)的方法1、改變金屬的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)制成不銹鋼。2、防止金屬與外界接觸（在金屬表面覆蓋保護(hù)層）噴、涂、鍍。3、電化學(xué)保護(hù)法（犧牲負(fù)極的正極保護(hù)法）第二十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月練習(xí)1：下列裝置中的純鋅棒都浸在相同濃度的稀硫酸中，鋅棒腐蝕速度由快到慢的順序是（ ） A B C D 金屬腐蝕快慢的判斷規(guī)律在同一電解質(zhì)溶液中，電解原理引起的陽極腐蝕原電池原理引起的負(fù)極腐蝕化學(xué)腐蝕有防護(hù)措施的腐蝕。第二十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、原電池可加快反應(yīng)速率：練習(xí)：Zn與100mL1mol/L鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，若設(shè)想向