高一化學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)《原電池原理及其應(yīng)用》講義

高一化學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)《原電池原理及其應(yīng)用》講義高一化學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)《原電池原理及其應(yīng)用》講義一、原電池1、原電池定義：將轉(zhuǎn)變?yōu)榈难b置。

2、實(shí)質(zhì)：將氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動(dòng)。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能3、組成原電池的條件：

有兩種活潑性不同的金屬作電極注意：燃料電池中兩極可同選石墨或鉑有電解質(zhì)溶液構(gòu)成閉合的回路［例1］下列哪些裝置能組成原電池？沿導(dǎo)線沿導(dǎo)線如左圖：若在上述f裝置中接上電流計(jì)并插入鹽橋。電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明有電流通過(guò)。從檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的方向可以知道電流的方向是Cu極→Zn極。根據(jù)電流是從正極流向負(fù)極，因此，Zn極為負(fù)極，Cu極為正極。電子從Zn極→Cu極。

若取出鹽橋，檢流計(jì)指針歸零，重新放入鹽橋，指針又發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明鹽橋起到了使整個(gè)裝置構(gòu)成通路的作用。

鹽橋是怎樣構(gòu)成原電池中的電池通路呢？Zn棒失去電子成為Zn2+進(jìn)入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+過(guò)多，帶正電荷。Cu2+獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2+過(guò)少，SO42－過(guò)多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性，將阻止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋的存在，其中Cl-向ZnSO4溶液遷移，K+向CuSO4溶液遷移，分別中和過(guò)剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋中離子的定向遷移構(gòu)成了電流通路，鹽橋既可溝通兩方溶液，又能阻止反應(yīng)物的直接接觸。

4、電極名稱及其判斷：

根據(jù)電極材料：兩種金屬組成電極，若它們都與電解質(zhì)溶液?jiǎn)为?dú)能反應(yīng)，則較活潑的金屬作負(fù)極；

若只有一種電極與電解質(zhì)溶液能反應(yīng)，則能反應(yīng)的電極作負(fù)極。

根據(jù)電極反應(yīng)：失電子－氧化反應(yīng)－負(fù)極得電子－還原反應(yīng)－正極根據(jù)電子或電流流動(dòng)方向：

電子從負(fù)極流出，流入正極；

電流從正極流出，流入負(fù)極。

［例2］請(qǐng)判斷下列原電池的正負(fù)極：

5、電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫注意：需標(biāo)出正負(fù)極及電極材料；

遵循三大守恒如：Fe－Cu：

負(fù)極：Fe–2e=Fe2+正極：2H++2e=H2↑總反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2++H2↑［練習(xí)1］請(qǐng)寫出下列原電池電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。

Fe－CCu－AgAl－MgFe－Cu［練習(xí)2］請(qǐng)把Fe+2FeCl3＝3FeCl2，設(shè)計(jì)成原電池。

6、原電池原理的應(yīng)用判斷金屬的活潑性：加快金屬與酸反應(yīng)的速率：二、化學(xué)電源化學(xué)電源是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它包括一次電池、二次電池和燃料電池等。

1、一次電池如：普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等。

堿性鋅錳電池，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)：

2MnO2＋Zn＋2H2O＝2MnOOH＋Zn2負(fù)極：

正極：

鋅銀電池的負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，其電極總反應(yīng)如下：

Zn+Ag2O＝ZnO+2Ag則：負(fù)極：

正極：

2、二次電池放電如：鉛蓄電池。反應(yīng)方程式如下式：

充電Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O①其放電電極反應(yīng)：

負(fù)極：

正極：

②其充電反應(yīng)是上述反應(yīng)的逆過(guò)程，則電極反應(yīng)：

陰極：

陽(yáng)極：

3、燃料電池燃料電池是一種持續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。它與一般的化學(xué)電源不同，一般化學(xué)電池的活性物質(zhì)儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，故而限制了電池的容量，而燃料電池的電極本身不包括活性物質(zhì)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。

如：氫氧燃料電池。2H2＋O2＝2H2O①酸性介質(zhì)時(shí)，電極反應(yīng)：

負(fù)極：

正極：

總反應(yīng)：

②堿性介質(zhì)時(shí)，電極反應(yīng)：

負(fù)極：

正極：

總反應(yīng)：

除H2外，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料；

除純氧氣外，空氣中的氧氣也可作氧化劑。

［練習(xí)3］新型燃料電池，甲烷、氧氣及KOH電解質(zhì)溶液，用Pt作兩個(gè)電極，寫出兩個(gè)電極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。

三、金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)金屬的電化學(xué)腐蝕1、金屬的腐蝕是金屬與周圍的氣體或者液體物質(zhì)發(fā)生而引起損耗的現(xiàn)象。一般可分為腐蝕和腐蝕。

化學(xué)腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體或非電解質(zhì)液體等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。

如：鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕，溫度越高，化學(xué)腐蝕越。

電化學(xué)腐蝕：不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)。會(huì)發(fā)生反應(yīng)，的金屬失去電子而被。如在潮濕的空氣中生銹。

兩種腐蝕往往發(fā)生，但腐蝕更普遍，速度更快，危害更嚴(yán)重。

2、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)：

電化腐蝕化學(xué)腐蝕條件不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸與非電解質(zhì)直接接觸有無(wú)電流產(chǎn)生本質(zhì)較活潑的金屬被氧化金屬被氧化3、電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕負(fù)極正極總方程式：

吸氧腐蝕負(fù)極正極總方程式：

離子方程式：Fe2++2OH－=Fe2Fe2繼續(xù)與空氣中的氧氣作用：

鐵銹的主要成分是，阻止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。4、影響金屬腐蝕快慢的因素本性：

金屬的活動(dòng)性：金屬越，越容易被腐蝕純度：不純的金屬比純金屬腐蝕，如純鐵比鋼腐蝕。電化學(xué)腐蝕：兩電極活動(dòng)性差別越大，氧化還原反應(yīng)速率越，活潑金屬被腐蝕得越快。

氧化膜：如果金屬被氧化形成致密的氧化膜，那么會(huì)保護(hù)內(nèi)層金屬，如、如果金屬被氧化形成疏松的氧化膜，那么不會(huì)保護(hù)內(nèi)層金屬，如空氣水FeCFeZnFeⅠⅡⅢ外因：

介質(zhì)：環(huán)境［例題］如右圖所示，鐵處于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種不同的環(huán)境中，鐵被腐蝕的速率由大到小的順序是。

金屬的防護(hù)1、金屬的防護(hù)覆蓋保護(hù)膜改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、電化學(xué)保護(hù)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法外加電流陰極保護(hù)法常見(jiàn)化學(xué)電源介紹1、銅鋅電池負(fù)極材料鋅正極材料銅電解質(zhì)稀硫酸負(fù)極反應(yīng)Zn-2e=Zn2+正極反應(yīng)2H++2e=H2-總反應(yīng)Zn+2H+=Zn2++H2-2、干電池負(fù)極材料Zn正極材料C電解質(zhì)NH4ClZnCl2MnO2糊狀混和物作電解質(zhì)溶液負(fù)極反應(yīng)Zn-2e=Zn2+正極反應(yīng)2NH4++2e=2NH3+H2-總反應(yīng)2NH4++Zn=Zn2++2NH3-+H2-備注正極產(chǎn)生的NH3被ZnCl2吸收,反應(yīng)式是:4NH3+ZnCl2=Cl2正極產(chǎn)生的H2被MnO2吸收,反應(yīng)式是:H2+2MnO2=Mn2O3+H2O3、鉛蓄電池負(fù)極材料Pb正極材料PbO2電解質(zhì)H2SO4溶液負(fù)極反應(yīng)Pb-2e+SO42-=PbSO4正極反應(yīng)PbO2+2e+4H++SO42-=PbSO4+2H2O總反應(yīng)PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O4、銀鋅電池負(fù)極材料Zn正極材料Ag2O電解質(zhì)KOH溶液負(fù)極反應(yīng)Zn-2e+2OH-=Zn2正極反應(yīng)Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH-總反應(yīng)Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn2備注又稱高能電池,常用于計(jì)算器、電子表中5、愛(ài)迪生電池負(fù)極材料Fe正極材料NiO2電解質(zhì)KOH溶液負(fù)極反應(yīng)Fe-2e+2OH-=Fe2正極反應(yīng)NiO2+2e+2H2O=Ni2+2OH-總反應(yīng)NiO2+Fe+2H2O=Ni2+Fe26、鎘鎳電池負(fù)極材料Cd正極材料NiO2電解質(zhì)KOH溶液負(fù)極反應(yīng)Cd-2e+2OH-=Cd2正極反應(yīng)NiO2+2e+2H2O=Ni2+2OH-總反應(yīng)NiO2+Cd+2H2O=Ni2+Cd27、鋁—空氣電池負(fù)極材料Al正極材料空氣電解質(zhì)海水負(fù)極反應(yīng)4Al-12e+12OH-=4Al3正極反應(yīng)3O2+12e+6H2O=12OH-總反應(yīng)4Al+3O2+6H2O=4Al3備注為我國(guó)首創(chuàng)的新型海水標(biāo)燈，其能量比干電池高20-50倍8、氫氧燃料電池負(fù)極材料H2正極材料O2電解質(zhì)KOH溶液負(fù)極反應(yīng)2H2-4e+4OH-=4H2O正極反應(yīng)O2+4e+2H2O=4OH-總反應(yīng)2H2+O2=2H2O備注該電池由于高能、輕便、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于航天等特殊場(chǎng)合。如阿波羅宇宙飛船上9、其它燃料電池負(fù)極材料CO、CH4等可燃性氣體正極材料O2電解質(zhì)KOH溶液負(fù)極反應(yīng)CH4-8e+10OH-=CO32-+7H2O正極反應(yīng)2O2+8e+4H2O=8OH-總反應(yīng)CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O10、心臟起搏電池1負(fù)極材料Zn正極材料Pt電解質(zhì)人體體液負(fù)極反應(yīng)2Zn-4e+4OH-=2Zn2正極反應(yīng)O2+4e+2H2O=4OH-總反應(yīng)2Zn+O2+2H2O=2Zn2備注以鉑鋅為電極材料,