電化學(xué)-原電池原理、化學(xué)電源、金屬防腐

長(zhǎng)葛三高李新朵長(zhǎng)涇中學(xué)殷冬偉原電池效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1780年，意大利的醫(yī)學(xué)家伽伐尼在偶然的情況下，以銅制的解剖刀碰觸到置于鐵盤內(nèi)的青蛙，發(fā)現(xiàn)其立刻產(chǎn)生抽搐現(xiàn)象，因而認(rèn)為有微電流流過，他主張是生物本身內(nèi)在的自發(fā)電流。被認(rèn)為是提出了原電池的雛形。Zn-Cu原電池工作原理現(xiàn)象:電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),Cu片上產(chǎn)生氣泡,Zn片變小.Zn-Cu原電池工作原理ZnCu電極類型電極反應(yīng)類型電極反應(yīng)式電池反應(yīng)式電子流向電流流向溶液pH值變化H+移動(dòng)方向負(fù)極正極氧化反應(yīng)還原反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn流向Cu(外部)Cu流向Zn(外部)逐漸變大Zn移向Cu—負(fù)極移向正極(內(nèi)部)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)生氧化還原反應(yīng)二.原電池工作原理一.原電池定義較活潑的金屬失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑金屬（負(fù)極）通過外電路流向較不活潑的金屬（正極）。實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件一：

活潑性不同的兩個(gè)電極負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等第一組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件第二組實(shí)驗(yàn)形成條件二：有電解質(zhì)溶液；實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件三：必須形成閉合回路第三組實(shí)驗(yàn)三.簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成條件1.活潑性不同的兩個(gè)電極2.有電解質(zhì)溶液(一般負(fù)極能與之反應(yīng))3.工作時(shí)形成閉合回路負(fù)極:較活潑的金屬正極:較不活潑的金屬、石墨等——一定是氧化還原反應(yīng)例1.發(fā)生原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，在理論上可設(shè)計(jì)成原電池的化學(xué)反應(yīng)是（）A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g);△H>0B.Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(1)+2NH3·H2O(1)+8H2O(1)；△H>0C.CaC2(s)+2H2O(1)→Ca(OH)2(s)+C2H2(g);△H<0D.CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(1);△H<0D四.原電池應(yīng)用——化學(xué)電源1、鋅-錳干電池(一次電池)負(fù)極（鋅筒）：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2

正極（石墨）：2H2O+2MnO2+2e—=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng)：Zn+2H2O+2MnO2=Zn(OH)2+MnO(OH)

2、鉛蓄電池負(fù)極Pb：Pb+SO42--2e-=PbSO4正極PbO2：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O總反應(yīng)：Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O放電充電若為充電,無(wú)需更換電極:負(fù)——負(fù),正——正陰陽(yáng)例2.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+8H2O3Zn(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)2B．充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為：Fe(OH)3-3e-+5OH-=FeO42-+4H2OC．放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子,正極有1molK2FeO4被氧化D．放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)放電充電3、燃料電池氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個(gè)電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。(一般以KOH為電解質(zhì)溶液)負(fù)極H2：2H2+4OH--4e-=4H2O正極O2：O2+2H2O

+4e-=4OH-總反應(yīng)：O2+2H2

=2H2O例3.（1）今有2H2＋O2=2H2O反應(yīng)，構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通的應(yīng)是

，正極通的應(yīng)是

，電極反應(yīng)式為：負(fù)極：

，正極：

。（2）若把KOH改為稀H2SO4作電解質(zhì)，則電池反應(yīng)式為：負(fù)極：

，正極：

。（1）和（2）的電解質(zhì)不同，反應(yīng)進(jìn)行后，其溶液的pH各有什么變化？（3）若把H2改為CH4,用KOH作電解質(zhì),則電極反應(yīng)式為:負(fù)極：

，正極：

。例4.．固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯－氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子（O2－）在其間通過，該電池的工作原理如圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是()A．有O2參加反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極B．b極的電極反應(yīng)為：H2-2e-+O2-=H2OC．a(chǎn)極的電極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-D．電池的總反應(yīng)式為：2H2+O22H2OBD例5、氫氣是燃料電池最簡(jiǎn)單的燃料，雖然使用方便，卻受到價(jià)格和來(lái)源的限制。常用的燃料往往是某些碳?xì)浠衔?，如：甲烷、汽油等。?qǐng)寫出將圖中氫氣換成甲烷時(shí)所構(gòu)成的甲烷燃料電池中a極的電極反應(yīng)式：

，此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式：

。

KOH溶液CH4O2H2OabCH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O例6、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(yáng)極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣為陰極助燃?xì)?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(fù)極反應(yīng)式:

,正極反應(yīng)式:O2+2CO2+4e=2CO32-總電池反應(yīng)式:.2CO+2CO32--4e-=4CO22CO+O2=2CO2鈕扣電池：不銹鋼制成一個(gè)由正極殼和負(fù)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(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)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(fù)極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-總反應(yīng)：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag5、海水電池（電解質(zhì)溶液為海水）負(fù)極：4Al-12e—=4Al3+，正極：3O2+6H2O+12e—=12OH—總反應(yīng)：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)36、鋰電池（非水有機(jī)溶劑電解液）負(fù)極：2Li-2e—=2Li+，正極：I2+2e—=2I—，總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI跟相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比，使用壽命延長(zhǎng)，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。例7.市場(chǎng)上出售的“熱敷袋”其主要成分是鐵屑、碳粉、木屑和少量氯化鈉、水等，熱敷袋啟用之前用塑料袋密封使其與空氣隔絕，啟用時(shí)，打開塑料袋輕輕揉搓就會(huì)放出熱量，使用完后，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量的鐵銹存在，請(qǐng)回答下列問題：（1）熱敷袋使用時(shí)，為什么會(huì)放出熱量？（2）碳粉的主要作用是什么？氯化鈉又起了什么作用？（3）試寫出有關(guān)的電極反應(yīng)式和化學(xué)方程式。（1）利用鐵被氧氣氧化時(shí)放熱反應(yīng)所放出的熱量。（2）碳粉的主要作用是和鐵粉、氯化鈉溶液一起構(gòu)成原電池，加速鐵屑的氧化。氯化鈉溶于水，形成了電解質(zhì)溶液。（3）負(fù)極：2Fe-4e-===2Fe2+，正極：O2+2H2O+4e-=4OH-，總反應(yīng)方程式是：4Fe+3O2+6H2O===4Fe(OH)3原電池電極反應(yīng)式的書寫注意事項(xiàng)：（1）負(fù)-失-氧,正-得-還。（2）要注意溶液的酸堿性，適當(dāng)?shù)脑陔姌O方程式兩邊添加H+、OH—、H2O，以遵循電荷守恒和質(zhì)量守恒。（3）要注意電極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。小結(jié)化學(xué)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(wú)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聯(lián)系兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化腐蝕更普遍金屬的腐蝕

金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程，即為金屬的腐蝕。其本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程。金屬的腐蝕及其防護(hù)⑴化學(xué)腐蝕與電化腐蝕⑵析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以Fe為例）析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(qiáng)（pH＜4.3）水膜酸性很弱或中性電極反應(yīng)負(fù)極正極總反應(yīng)式O2+2H2O+4e-=4OH—2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2Fe-2e—=Fe2+（3）金屬防護(hù)的幾種重要方法①改變金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，制成合金。②在金屬表面覆蓋保護(hù)層。③電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極或電解