原電池(選修四化學)

第四章電化學基礎(chǔ)第一節(jié)原電池一、原電池1、概念：將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置叫做原電池。原電池與普通氧化還原反應(yīng)的差異原電池將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿煌c原電池反應(yīng)快反應(yīng)部位反應(yīng)速率能量變化負極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)2、構(gòu)成原電池的條件（1）必須自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)；（3）兩個電極必須插入電解質(zhì)溶液中或熔融的電解質(zhì)中；（4）兩個電極必須相連并形成閉合回路。（2）必須有兩種活潑性不同的導電材料作電極；兩種活潑不同的金屬。一種金屬與一種非金屬（如石墨）。兩電極都是其它材料。電極材料3、原電池工作原理e-I－：Zn－2e－＝Zn2＋＋：2H＋+2e－＝H2↑溶液中離子流向電子流向電極反應(yīng)陰離子負極氧化反應(yīng)電子經(jīng)外導線正極陽離子還原反應(yīng)1、原電池的反應(yīng)原理發(fā)生氧化還原反應(yīng)化學能轉(zhuǎn)化為電能陽離子

正極

陰離子

負極3、溶液內(nèi)部無電子流動，通過陰陽離子定向移動實現(xiàn)內(nèi)電路的電流注意2、離子移動方向4、正負兩極上進出電子總數(shù)相等，根據(jù)電子守恒原理可進行許多有關(guān)電極反應(yīng)的計算。4、原電池電極的判斷特性負極電子流出相對活潑失電子發(fā)生氧化反應(yīng)正極電子流入相對不活潑得電子發(fā)生還原反應(yīng)1、根據(jù)定義來判斷：電子流出的一極是負極；電子流入的一極是正極。2、根據(jù)反應(yīng)類型來判斷：發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是負極；發(fā)生還原反應(yīng)的一極是正極。3、根據(jù)電極活潑性來判斷：一般來說，較活潑的一極是負極；較不活潑的一極是正極。4、根據(jù)離子流向來判斷：陰離子移向的一極是負極；陽離子移向的一極是正極。練習:下列裝置是不是原電池?若是,指出正負極.CuSO4ZnCuZnSO4溶液FeCNaCl用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U型管）構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是（）①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為：Ag++e-=Ag③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A．①②

B．②③ C．②④

D．③④C[拓展]請結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應(yīng)：

（1）Fe+Cu2+=Cu+Fe2+

（2）4A1＋3O2＋6H2O＝4A1(OH)3設(shè)計成一個原電池(注意有鹽橋的設(shè)計)。1、電解液：

。2、電極材料：正極

，負極

。3、電極反應(yīng)式：負極:

。正極:

。[歸納]

原電池的設(shè)計方法:①怎樣選擇確定原電池的負極、正極材料？②怎樣選擇確定原電池的電解質(zhì)溶液？③畫原電池的裝置圖時要注意什么問題？④怎樣書寫原電池的電極反應(yīng)及總反應(yīng)式？5、原電池的應(yīng)用（1）制作干電池、蓄電池、高能電池等。（2）比較金屬活動性強弱。（3）比較反應(yīng)速率。（4）比較金屬腐蝕的快慢。（5）判斷溶液pH值變化。例2：下列制氫氣的反應(yīng)速率最快的是（）A.純鋅和1mol/L硫酸B.純鋅和18mol/L硫酸C.粗鋅和1mol/L硫酸D.粗鋅和1mol/L硫酸的反應(yīng)中加入幾滴CuSO4溶液例1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是（）A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2放出B.在氧化還原反應(yīng)中，甲比乙失去的電子多C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強CD例3：下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是(5)(2)(1)(3)(4)例4：下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)例5：在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4溶液的濃度為0.125mol/L,若工作一段時間后，從裝置中共收集到0.168L升氣體，則流過導線的電子為

mol,溶液的pH值為_________？（溶液體積變化忽略不計）0.2解得：y

＝0.015(mol)x＝0.015(mol)＝＝3.75×10﹣4(mol/L)∴pH＝-lg3.75×10－4＝4-lg3.75－0.015根據(jù)電極反應(yīng)：正極：負極：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-

＝H2↑得：2222.4x

y0.168解：0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——

2e——H2↑4-lg3.75

0.015二、金屬的腐蝕及其防護1、概念：金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應(yīng)（氧化還原反應(yīng)）而腐蝕損耗的過程，即為金屬的腐蝕。2、本質(zhì)：3、分類：化學腐蝕電化腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕金屬腐蝕金屬陽離子失e-氧化反應(yīng)金屬原子化學腐蝕電化腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化圖例聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍（1）化學腐蝕與電化腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜呈酸性水膜呈中性或酸性很弱電極反應(yīng)負極FeFe—2e=Fe2+2Fe—4e=2Fe2+正極C2H++2e=H2↑O2+2H2O+4e=4OH—總反應(yīng)Fe+2H+=Fe2+↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2示意圖聯(lián)系通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。（2）析氫腐蝕與吸氧腐蝕（3）鋼鐵腐蝕的防護1、改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)：如將Cr、Ni等金屬加進鋼里制成合金鋼。2、金屬表面覆蓋保護層：如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保護層。原理：隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。3、電化學保護法——犧牲陽極的陰極保護法原理：形成原電池反應(yīng)時，讓被保護金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。練習1。

如圖,水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：（1）若液面上升，則溶液呈性，發(fā)生腐蝕,電極反應(yīng)式為：負極：,正極：；若液面下降，則溶液呈性，發(fā)生腐蝕，電極反應(yīng)式為：負極：正極：。（2）中性或堿性吸氧Fe–2e-＝Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH－酸性析氫Fe–2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑2、分析右圖，按要求寫出有關(guān)反應(yīng)方程式：（1）、鐵棒上的電極反應(yīng)式為：（2）、碳棒上的電極反應(yīng)式為：（3）、溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式：3、鎳—鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負極材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電A.Cd,（D

）B.NiO(OH),D.Ni(OH)2C.Cd(OH)22Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-＝4OH-2Fe–4e-＝2Fe2+4.鹽酸與鋅片反應(yīng)時，若加入可溶性醋酸銅〔(CH3COO)2Cu〕，將產(chǎn)生兩種影響生成速率的因素，其一是：，其二是：；5.有M、N兩種金屬，分別與鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生H2速率相近，試設(shè)計一個實驗比較M、N兩種金屬的活潑性。H+與CH3COO－結(jié)合生成CH3COOH，使H+濃度減小，從而減慢了反應(yīng)速率。Zn置換出Cu形成了原電池，從而加快了反應(yīng)速率三、電極反應(yīng)式的判斷和書寫1.原電池兩極的判斷：先分析電池反應(yīng)中有關(guān)物質(zhì)元素化合價的變化，確定原電池的正極和負極，然后根據(jù)兩極的變化分析其他指定物質(zhì)的變化。2.書寫電極反應(yīng)時，要將總化學反應(yīng)與正、負極反應(yīng)聯(lián)系在一起考慮，它們具有加和性：化學反應(yīng)方程式=正極反應(yīng)方程式+負極反應(yīng)方程式。3.在原電池反應(yīng)中，必須遵循得失電子守恒。4.介質(zhì)參與電極反應(yīng)的原則：原電池的兩極反應(yīng)若均在一定介質(zhì)中進行，介質(zhì)常常參與電極反應(yīng)。在酸性介質(zhì)中，H+可能反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中，OH—可能反應(yīng)。（08寧夏卷）一種燃料電池中發(fā)生的化學反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發(fā)生的反應(yīng)是（）A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e－

B．O2(g)+4H+(aq)+4e－=2H2O(1)C．CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－

D．O2(g)+2H2O(1)+4e－=4OH－

C例題1稀H2SO4總反應(yīng)為：Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑Mg為負極，電極反應(yīng)：Mg－2e－＝Mg2＋Al為正極，電極反應(yīng)：2H＋+2e－＝H2↑NaOH溶液思考：若把電解質(zhì)溶液換為NaOH溶液，寫出電極反應(yīng)式?？偡磻?yīng)為：2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑Al為負極氧化反應(yīng)，為負極還原反應(yīng)，為正極Mg為正極，電極反應(yīng)：6H2O＋6e－＝3H2↑+6OH－2Al－6e－＋8OH－＝2AlO2－＋4H2O2Al+2OH－+2H2O＝2AlO2－+3H2↑負極電極反應(yīng)：Mg為負極請寫出下列電極反應(yīng)式：例題2負極（鋅筒）：正極（石墨）：總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH1、鋅-錳干電池（堿性）常用電池的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)式書寫2、鉛蓄電池負極Pb：Pb+SO42--2e-=PbSO4正極PbO2：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O總反應(yīng)：鈕扣電池：不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOH溶液，已知電池內(nèi)Zn的氧化產(chǎn)物為ZnO。3、銀-鋅電池負極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-

總反應(yīng)：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag4、燃料電池（1）寫出正確的燃燒反應(yīng)化學方程式并找出兩極放電的物質(zhì)，負氧正還；（2）根據(jù)電解液（如溶液的酸堿性）改寫燃料電池總反應(yīng)；（3）寫出正極的電極反應(yīng)式；（4）由燃料電池總反應(yīng)式減去正極的電極反應(yīng)式得到負極的電極反應(yīng)式。練習1、氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳氫化合物，如：甲烷、汽油等。請寫出圖中甲烷燃料電池中a極的電極反應(yīng)式：

，此時電池內(nèi)總的反應(yīng)式。KOH溶液CH4O2H2OabCH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O練習2、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物用電解質(zhì),CO為陽極燃氣,空氣與CO2的混合氣為陰極助燃氣,制得在6500℃下工作的燃料電池,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式:負極反應(yīng)式:

,正極反應(yīng)式:O2+2CO2+4e=2CO32-