1、原電池原理及其應(yīng)用原電池原理及其應(yīng)用(一一)【考綱點(diǎn)擊【考綱點(diǎn)擊】1. 了解原電池的工作原理，能寫(xiě)出電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)式 2. 了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類(lèi)及其工作原理3. 了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因以及防護(hù)措施知識(shí)回顧知識(shí)回顧一一 原電池的工作原理原電池的工作原理1.定義定義把把_轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為_(kāi)的裝置的裝置 2.構(gòu)成條件構(gòu)成條件(1)具有兩個(gè)具有兩個(gè)_不同的電極不同的電極(金屬和金屬或金屬金屬和金屬或金屬和非金屬和非金屬) (2)具有具有_溶液溶液 (3)形成形成_(或在溶液中相互或在溶液中相互_) 化學(xué)能化學(xué)能電能電能活潑性活潑性電解質(zhì)電解質(zhì)閉合回路閉合回路接觸接觸3.原電池的兩極原電池的

2、兩極 負(fù)極負(fù)極:活潑性活潑性_的金屬的金屬,發(fā)生發(fā)生_反應(yīng)反應(yīng) 正極正極:活潑性活潑性_的金屬或?qū)w的金屬或?qū)w,發(fā)生發(fā)生_反應(yīng)反應(yīng) 4.電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和電荷移動(dòng)方向電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和電荷移動(dòng)方向(1)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 負(fù)極負(fù)極:_,電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式:_ 正極正極:_,電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式:_ 電池反應(yīng)電池反應(yīng):_較強(qiáng)較強(qiáng)氧化氧化較弱較弱還原還原znzn-2e-zn2+cu2h+2e-h2zn+2h+zn2+h2(2)電荷移動(dòng)方向電荷移動(dòng)方向 電子由電子由_釋放釋放,經(jīng)經(jīng)_沿導(dǎo)線(xiàn)流入沿導(dǎo)線(xiàn)流入_,電解電解質(zhì)溶液中的質(zhì)溶液中的_移向正極移向正極,在其表面得電子被在其表面得電

3、子被_,形成一個(gè)閉合回路形成一個(gè)閉合回路 負(fù)極負(fù)極外電路外電路正極正極陽(yáng)離子陽(yáng)離子還原還原二二 化學(xué)電源化學(xué)電源1.干電池干電池 鋅鋅-錳干電池的負(fù)極材料是錳干電池的負(fù)極材料是_,正極材料是正極材料是_ 在負(fù)極上在負(fù)極上,_失失e-被氧化被氧化,在正極上在正極上,_得得e-被還原。被還原。鋅片鋅片石墨石墨znmno22.鉛蓄電池鉛蓄電池如鉛蓄電池如鉛蓄電池:h2so4作電解液作電解液(1)放電時(shí)放電時(shí)負(fù)極負(fù)極:_正極正極:_總反應(yīng)總反應(yīng):_(2)充電反應(yīng)為電解過(guò)程充電反應(yīng)為電解過(guò)程,是放電反應(yīng)的逆過(guò)程是放電反應(yīng)的逆過(guò)程陰極陰極:_陽(yáng)極陽(yáng)極:_ 總反應(yīng)總反應(yīng):_pb+so42-2e-pbso4p

4、bo2+4h+so42-+2e-pbso4+2h2opb+pbo2+2h2so42pbso4+2h2opbso4+2e-pb2+pbso4+2h2o-2e-pbo2+4h+ so42-2pbso4+2h2opb+pbo2+2h2so43.燃料電池燃料電池(1)a.氫氧液體燃料電池氫氧液體燃料電池介質(zhì)介質(zhì)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 2h2 +2 = 2h2o 酸酸性性負(fù)極負(fù)極正極正極中中性性負(fù)極負(fù)極 正極正極堿堿性性負(fù)極負(fù)極正極正極2h2 - 4e- = 4h+ o2 + 4h+ + 4e-= 4h2o2h2 - 4e- = 4h+ o2 + 2h2o + 4e-= 4oh-2h2 +4oh- 4e-

5、 = 4h2o o2 + 2h2o + 4e-= 4oh-固體電解質(zhì)介質(zhì)固體電解質(zhì)介質(zhì)電池反應(yīng)： 2h2 + = 2h2o 負(fù)極正極負(fù)極 正極2h2 - 4e- +2o2= 2h2o o2 + 4e-= 2o2 2h2 - 4e- = 4h+ o2 + 4h+ + 4e-= 2h2o 3.燃料電池燃料電池b.氫氧固體燃料電池氫氧固體燃料電池(2)ch4燃料電池燃料電池:電解質(zhì)為電解質(zhì)為koh負(fù)極負(fù)極:_正極正極:_總反應(yīng)總反應(yīng):_(3)ch3oh燃料電池燃料電池:電解質(zhì)為電解質(zhì)為koh負(fù)極負(fù)極:_正極正極:_總反應(yīng)總反應(yīng):_ch4+10oh-8e- co32-+7h2o2o2+4h2o+8e-

6、8oh-ch4+2o2+2oh- co32- +3h2o2ch3oh+16oh-12e-2 co32- +12h2o3o2+6h2o+12e-12oh-2ch3oh+3o2+4oh-2co32- +6h2o三三 金屬的腐蝕與防護(hù)金屬的腐蝕與防護(hù)1.金屬的腐蝕金屬的腐蝕(1)概念概念 金屬與周?chē)目諝饣蛞后w物質(zhì)發(fā)生金屬與周?chē)目諝饣蛞后w物質(zhì)發(fā)生_反應(yīng)反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象而引起損耗的現(xiàn)象 (2)分類(lèi)分類(lèi) 一般分為一般分為_(kāi)腐蝕和腐蝕和_腐蝕兩種腐蝕兩種 氧化還原氧化還原化學(xué)化學(xué)電化學(xué)電化學(xué)(3)化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕金屬跟接觸到的金屬跟接觸到的_氣體或液體等直接發(fā)生化學(xué)氣體或液體等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起

7、的腐蝕反應(yīng)而引起的腐蝕 (4)電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕概念概念:_的金屬跟的金屬跟_接觸時(shí)接觸時(shí),因?yàn)榘l(fā)生因?yàn)榘l(fā)生_反應(yīng)而引起的腐蝕反應(yīng)而引起的腐蝕 分類(lèi)分類(lèi)氧化性氧化性不純不純電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液原電池原電池a. 析氫腐蝕析氫腐蝕在金屬外面的水膜呈在金屬外面的水膜呈 _ 性時(shí)發(fā)生析氫腐蝕性時(shí)發(fā)生析氫腐蝕 以鋼鐵為例以鋼鐵為例: 負(fù)極負(fù)極(fe):_ 正極正極(c):_較強(qiáng)酸較強(qiáng)酸fe-2e-fe2+2h+2e-h2b.吸氧腐蝕吸氧腐蝕在金屬外面的水膜在金屬外面的水膜_很弱或呈很弱或呈_或中性或中性,溶解一定量溶解一定量_時(shí)發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)發(fā)生吸氧腐蝕 以鋼鐵為例以鋼鐵為例:負(fù)極負(fù)極(fe):_正極

8、正極(c):_總反應(yīng)總反應(yīng):_氧化過(guò)程氧化過(guò)程:_脫水過(guò)程脫水過(guò)程:_酸性酸性堿性堿性o22fe-4e-2fe2+o2+2h2o+4e-4oh-2fe+o2+2h2o2fe(oh)24fe(oh)2+o2+2h2o4fe(oh)32fe(oh)3fe2o3nh2o+(3-n)h2o2.金屬的防護(hù)金屬的防護(hù)(1)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使其成為防腐蝕金屬使其成為防腐蝕金屬,如制如制成成_等等 (2)加防護(hù)層加防護(hù)層,如在金屬表面如在金屬表面_或表面鈍化等方法或表面鈍化等方法 噴油漆噴油漆 涂油脂涂油脂 電鍍電鍍 噴鍍噴鍍不銹鋼不銹鋼(3)電化學(xué)防護(hù)電化學(xué)防護(hù)犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法犧牲

9、陽(yáng)極的陰極保護(hù)法_原理原理a._極極(陰極陰極):被保護(hù)的金屬設(shè)備被保護(hù)的金屬設(shè)備b._極極(陽(yáng)極陽(yáng)極):比被保護(hù)的金屬活潑的金屬比被保護(hù)的金屬活潑的金屬外加電流的陰極保護(hù)法外加電流的陰極保護(hù)法電解電解原理原理a.陰極陰極:被保護(hù)的金屬設(shè)備被保護(hù)的金屬設(shè)備b.陽(yáng)極陽(yáng)極:惰性電極惰性電極原電池原電池正正負(fù)負(fù)【例【例1】 一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:在酸性在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳 該電該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是( )a.ch3oh(g)+o2(g)-2e-h2o(l)+co2(g)+2h+(aq)

10、b.o2(g)+4h+(aq)+4e-2h2o(l)c.ch3oh(g)+h2o(l)-6e-co2(g)+6h+(aq)d.o2(g)+2h2o(l)+4e-4oh-答案答案 c解析解析 正極發(fā)生還原反應(yīng)正極發(fā)生還原反應(yīng),負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),首先根首先根據(jù)題意寫(xiě)出電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式據(jù)題意寫(xiě)出電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式,用總反應(yīng)用總反應(yīng)式減正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式式減正極反應(yīng)式即得負(fù)極反應(yīng)式 總反應(yīng)式總反應(yīng)式:2ch3oh(g)+3o2(g)2co2(g)+4h2o(l)正極反應(yīng)式正極反應(yīng)式:o2(g)+4h+(aq)+4e-2h2o(l)負(fù)極反應(yīng)式負(fù)極反應(yīng)式:ch3oh(g

11、)+h2o(l)-6e-co2(g)+6h+(aq)變式變式1:某固體氧化物燃料電池某固體氧化物燃料電池(sofc)以固體氧化物以固體氧化物作為電解質(zhì)作為電解質(zhì),其中其中o2-可以在其內(nèi)部自由通過(guò)可以在其內(nèi)部自由通過(guò) 其其工作原理如圖所示工作原理如圖所示,下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說(shuō)法正確的是說(shuō)法正確的是( )a.電極電極b為電池負(fù)極為電池負(fù)極,電極反應(yīng)式為電極反應(yīng)式為o2+4e-2o2- b.固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過(guò)固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過(guò)c.若若h2作為燃料氣作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為 ： h2+2oh-4e-

12、2h+h2od.若若c2h4作為燃料氣作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為：則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為：c2h4+8o2-12e-2co2 +2h2o答案答案: d解析解析:a項(xiàng)項(xiàng),電極電極b上通入的空氣或氧氣上通入的空氣或氧氣,是得電子的物是得電子的物質(zhì)質(zhì),故故b應(yīng)為電池的正極應(yīng)為電池的正極 b項(xiàng)項(xiàng),電子無(wú)法通過(guò)電解質(zhì)溶液電子無(wú)法通過(guò)電解質(zhì)溶液(即電子只能通過(guò)外即電子只能通過(guò)外電路電路) c項(xiàng)項(xiàng),由于該固體氧化物燃料電池中沒(méi)有由于該固體氧化物燃料電池中沒(méi)有h2o,更沒(méi)更沒(méi)有有h+和和oh-,h2失電子后失電子后,與與o2-結(jié)合起來(lái)生成結(jié)合起來(lái)生成h2o,電極反應(yīng)式應(yīng)為電極反應(yīng)式應(yīng)為h2+o2-2e

13、-h2o d項(xiàng)項(xiàng),c2h4作為燃料氣作為燃料氣,失去失去e-后后,再與再與o2-結(jié)合結(jié)合,會(huì)生會(huì)生成成 co2和和h2o兩種物質(zhì)兩種物質(zhì) 即即:c2h4+8o2-12e-2 co2 +2h2o 【例【例2】 下列有關(guān)電池的說(shuō)法不正確的是下列有關(guān)電池的說(shuō)法不正確的是( )a.手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池b.銅鋅原電池工作時(shí)銅鋅原電池工作時(shí),電子沿外電路從銅電極流向鋅電子沿外電路從銅電極流向鋅電極電極c.甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能d.鋅錳干電池中鋅錳干電池中,鋅電極是負(fù)極鋅電極是負(fù)極 答案答案 b解析解析 本題考查實(shí)用電池的

14、有關(guān)知識(shí)本題考查實(shí)用電池的有關(guān)知識(shí) 手機(jī)用電池手機(jī)用電池是可充電電池是可充電電池,a對(duì)對(duì) 銅鋅原電池銅鋅原電池,cu為正極為正極,zn為為負(fù)極負(fù)極,外電路中電子由負(fù)極流向正極外電路中電子由負(fù)極流向正極,b錯(cuò)錯(cuò) 燃料電燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,c對(duì)對(duì) 鋅錳干電池鋅錳干電池,zn為負(fù)為負(fù)極極,d對(duì)對(duì) 變式變式2:新型高能鈉硫電池以熔融的鈉新型高能鈉硫電池以熔融的鈉 硫?yàn)殡姌O硫?yàn)殡姌O,以鈉以鈉離子導(dǎo)電的陶瓷為固體電解質(zhì)離子導(dǎo)電的陶瓷為固體電解質(zhì) 該電池放電時(shí)為原電該電池放電時(shí)為原電池池,充電時(shí)為電解池充電時(shí)為電解池 反應(yīng)原理為反應(yīng)原理為:2na+xs = na2sx 請(qǐng)回答下列

15、問(wèn)題請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)放電時(shí)放電時(shí)s發(fā)生發(fā)生_反應(yīng)反應(yīng),na為為_(kāi)極極 (2)充電時(shí)充電時(shí)na所在電極與直流電源所在電極與直流電源_極相連極相連 (3)充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為_(kāi);放電時(shí)負(fù)放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為極反應(yīng)為_(kāi) (4)用此電池電解飽和用此電池電解飽和nacl溶液溶液,當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生11.2 l(標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)狀況準(zhǔn)狀況)氣體時(shí)氣體時(shí),消耗金屬鈉消耗金屬鈉_g 還原還原負(fù)負(fù)負(fù)負(fù)2na-2e-2na+23xs+2e-= sx2-解析解析作為原電池作為原電池(放電放電)時(shí)時(shí),金屬金屬na為電池的負(fù)極為電池的負(fù)極,失失電子電子,發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng):2na-2e-2na+;s作為正極

16、作為正極,得電子得電子,發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng):xs+2e- sx2- ;電池充電時(shí)電池充電時(shí)是作為電解池是作為電解池,na+在在na所在電極得電子所在電極得電子,發(fā)生還原發(fā)生還原反應(yīng)反應(yīng),該電極為陰極該電極為陰極,與直流電源的負(fù)極相連與直流電源的負(fù)極相連, sx2-在陽(yáng)極失電子在陽(yáng)極失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng): sx2- -2e-xs 用用此電池電解飽和此電池電解飽和nacl溶液溶液,陽(yáng)極有陽(yáng)極有11.2 l氣體氣體(cl2)生成時(shí)生成時(shí),即有即有1 mol e-轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移,所以消耗所以消耗1 mol,即即23 g金屬鈉金屬鈉 【例【例3】 (2010北京卷北京卷)下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防

17、護(hù)下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說(shuō)法正確的是的說(shuō)法正確的是( )a.鋼管與電源正極連接鋼管與電源正極連接,鋼管可被保護(hù)鋼管可被保護(hù)b.鐵遇冷濃硝酸表面鈍化鐵遇冷濃硝酸表面鈍化,可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕c.鋼管與銅管露天堆放在一起時(shí)鋼管與銅管露天堆放在一起時(shí),鋼管不易被腐蝕鋼管不易被腐蝕d.鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí)鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí),負(fù)極反應(yīng)是負(fù)極反應(yīng)是fe-3e-fe3+答案答案 b解析解析 本題考查金屬的腐蝕和防護(hù)本題考查金屬的腐蝕和防護(hù),意在考查考生對(duì)意在考查考生對(duì)金屬腐蝕原理的理解和防護(hù)措施的應(yīng)用金屬腐蝕原理的理解和防護(hù)措施的應(yīng)用 鋼管與鋼管與電源正極相連電源正極相連,則鋼管作陽(yáng)極則鋼管

18、作陽(yáng)極,發(fā)生氧化反應(yīng)而被發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕腐蝕,a項(xiàng)錯(cuò)誤項(xiàng)錯(cuò)誤;鐵遇冷濃硝酸表面鈍化鐵遇冷濃硝酸表面鈍化,在表面生在表面生成一層致密的氧化膜保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕成一層致密的氧化膜保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕,b項(xiàng)正確項(xiàng)正確;鋼管與銅管露天堆放在一起鋼管與銅管露天堆放在一起,形成原電池時(shí)鋼管作形成原電池時(shí)鋼管作負(fù)極負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕,c項(xiàng)錯(cuò)誤項(xiàng)錯(cuò)誤;鋼鐵發(fā)生鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí)析氫腐蝕時(shí),負(fù)極反應(yīng)為負(fù)極反應(yīng)為:fe-2e-fe2+,d項(xiàng)錯(cuò)誤項(xiàng)錯(cuò)誤 變式變式3:鋼鐵生銹過(guò)程發(fā)生如下反應(yīng)鋼鐵生銹過(guò)程發(fā)生如下反應(yīng):2fe+o2+2h2o2fe(oh)2;4fe(oh)2+o2+2h2o4fe(oh)3;2fe(oh)3fe2o3+3h2o 下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)法正確的是( )a.反應(yīng)反應(yīng) 中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等b.反應(yīng)反應(yīng)中氧化劑是氧氣和水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