第三节 原电池.docx
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第三节原电池
第三节化学能转化为电能——电池
第一课时原电池的工作原理
【学习目标】
1、了解原电池的工作原理、能写出电极反应和电池反应方程式。
(重点)
2、了解原电池正、负极的判断方法。
【学习过程】
活动探究
电流计的指针发生 ,说明有 产生,锌与硫酸铜的反应为反应,即发生了 能转化为 能的过程。
由电流的方向可知,电子由 通过导线流向 ,由此判断 是负极、 是正极。
锌片上有 流出发生了 反应,电极式:
; 进入溶液,溶液中的 在铜片上 电子发生 反应,电极式:
,生成的 沉积在铜片上。
两极之间溶液中 的定向移动和外部导线中 的定向移动构成闭合的回路,使两个电极反应持续进行,发生有序的电子转移过程,产生电流。
其总反应式为:
。
观察思考如下图两装置,是否构成了原电池呢?
【盐桥的作用】:
两个半电池完全隔开,将副反应降低至最小程度,有利于最大程度地将化学能转化为电能;通过盐桥中离子的定向移动,将两个隔离的电解质溶液连接起来,可使电流持续传导。
思考:
若盐桥中是KCl溶液,离子是如何移动的?
【总结】原电池的反应原理
1.概念:
把能转化为能的装置。
2.原电池的构成条件
两个不同的电极,直接或间接地连在一起,插入中,形成,
且能反应。
(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
3、电池反应原理总结
外电路中,电子流出的电极是极,发生反应;电子流入的电极是极,发生反应;负极上的电子数目和正极上的电子数目。
内电路中,电解质溶液中的离子移向,离子移向。
电池的两个电极反应组成电池的总反应叫做。
4、原电池正、负极判断方法
①由组成原电池的两极材料判断。
一般是的金属为负极,活泼性的金属或能的非金属为正极。
②根据电流方向或电子流动方向判断。
电流是由流向;电子流动方向是由极流向极。
③根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向。
在原电池的电解质溶液内,阳离子移向的极是极,阴离子移向的极为极。
④根据原电池两极发生的变化来判断。
原电池的负极总是电子发生氧化反应,其正极总是电子发生反应。
⑤根据反应现象。
负极一般会,正极一般会有或产生。
【例题1】(双选)如下图装置能组成原电池的是()
【例题2】下列关于原电池的叙述正确的是()
A、构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B、原电池是化学能转变为电能的装置
C、在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
D、原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动
【例题3】在用Zn、Cu片和稀H2SO4组成的原电池装置中,经过一段时间工作后,下列说法中正确的是()
A、锌片是正极,铜片上有气泡产生B、电流方向是从锌片流向铜片
C、溶液中H2SO4的物质的量减少D、电解液的PH保持不变
【原电池原理应用】
加快反应速率:
如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气。
比较金属活动性;
根据总反应设计原电池:
Cu(s)+2FeCl3(aq)=CuCl2+2FeCl2设计成原电池,并画出装置图,同时标明电子流向,阴阳离子移动方向,电极材料及电解质溶液,电极式。
【达标检测】
1、(双选)如下图装置能组成原电池的是()
2、关于原电池的叙述中正确的是( )
A.CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池。
B.原电池中,正极就是阳极,负极就是阴极
C.原电池工作时总是负极溶解,正极上有物质析出
D.在原电池中,盐桥中的阴离子移向负极
3、按下图装置实验,若x轴表示流出负极的电子的物质的量,则y轴应表示( )
①[Ag+] ②[NO
] ③a棒的质量 ④b棒的质量⑤溶液的质量
A.①③B.③④
C.①②④D.②
4、用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)构成一个原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极②正极反应为Ag++e-===Ag
③盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①②B.②③C.②④D.③④
5、若某装置发生如下反应:
Cu+2H+==Cu2++H2↑,关于该装置的有关说法正确的( )
A.该装置一定为原电池B.该装置为电解池
C.若为原电池,Cu为正极D.电解质溶液可能是硝酸溶液
6、原电池电极名称不仅与电极材料性质有关,也与电解质溶液有关。
把铝片和镁片用导线连接成两组,分别依次插入到NaOH溶液、稀H2SO4溶液中,下列说法正确的是()
A.都不能形成原电池B.负极材料依次为镁片、铝片
C.负极材料依次为铝片、镁片D.负极材料都是镁片
7、(双徐)在原电池和电解池的电极上的反应,同属氧化反应或同属还原反应的是()
A.原电池正极和电解池阳极的反应B.原电池正极和电解池阴极的反应
C.原电池负极和电解池阳极的反应D.原电池负极和电解池阴极的反应
8、下列说法不正确的是()
A.原电池中电子由负极流向正极B.原电池中发生还原反应的电极是正极
C.电解池中发生还原反应的电极是阳极D.电解池中质量增加的电极是阴极
9、有A、B、C、D、E五块金属片,进行如下实验:
①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,A极为负极;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,电流由D→导线→C;③A、C相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,C极产生大量气泡;④B、D相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,D极发生氧化反应;⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液,E先析出。
据此,判断五种金属的活动性顺序是( )
A.A>B>C>D>EB.A>C>D>B>EC.C>A>B>D>ED.B>D>C>A>E
10、把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________
11、由锌片、铜片和200mL稀H2SO4组成的原电池如图所示。
(1)原电池的负极反应是___________________________,
正极反应是_____________________________________。
(2)一段时间后,当在铜片上放出1.68L(标准状况下)气体时,H2SO4恰好消耗一半。
则产生这些气体的同时,共消耗_____g锌,
有______个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是________(设溶液体积不变)。
第三节化学能转化为电能——电池
第二课时化学电源
【学习目标】
1、了解3种重要的化学电源的实际应用
2、掌握燃料电池的电极反应式的书写
【学习过程】
种类
特点(分类依据)
实例
一次电池
二次电池
燃料电池
1.一次电池(了解)
⑴酸性锌锰干电池:
作负极, 作正极, 是电解质溶液中的溶质,负极:
,正极:
。
⑵碱性锌锰干电池:
作负极, 作正极, 是电解质溶液中的溶质,负极:
,正极:
;
总反应式为:
。
2.二次电池(能做简单分析)
铅蓄电池是常见的二次电池,其负极是,正极是,电解质溶液是。
已知铅蓄电池的放电反应和充电反应表示如下:
Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
(1)请你分析并写出铅蓄电池放电时的电极反应式
负极:
;
正极:
。
(2)铅蓄电池充电时,发生氧化反应的物质是,
其电极反应式是;
发生还原反应的物质是,其电极反应式是
(3)放电过程中,电解质溶液的pH变化是,
理由是。
二次电池在充电时是电解池。
作电池时正、负极上的反应与作电解池时阴、阳极上的反应相反,故充电时其正极应与充电电源的正极相连,其负极应与充电电源的负极相连。
【例题1】镍隔(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍隔电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:
Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiOOH+2H2O。
下列说法不正确的是()
A.放电时,电解质溶液中的OH-向负极移动
B.充电过程是电能转化为化学能的过程
C.放电时,负极附近溶液的碱性不变
D.充电时阴极反应:
Cd(OH)2+2e--→Cd+2OH-
【例题2】某蓄电池反应式为:
Fe+Ni2O3+3H2O
Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列推断中正确的是()
①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极;
②充电时,阴极上的电极反应式是:
Fe(OH)2+2e-=Fe+2OH-;
③充电时,Ni(OH)2为阳极;④蓄电池的电极必须是浸在某中碱性溶液中。
A.①②③B.①②④C.①③④D.②③④
3.氢氧燃料电池(重点)
氢氧燃料电池用Pt作电极,不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2),分别在两极发生氧化反应和还原反应,电池总反应式是。
介质
负极反应式
正极反应式
酸性
中性
碱性
拓展:
燃料电池的燃料除氢气外,还有烃类、醇类、氨气、肼等气体或液体。
【例题3】肼(N2H4)—空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。
电池总反应为:
N2H4+O2=N2+2H2O。
下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是()
A.负极的电极反应式是:
N2H4---4e-+4OH-→4H2O+N2↑
B.正极的电极反应式是:
O2+4H++4e-→2H2O
C.溶液中阴离子向正极移动D.电解后电解质溶液的碱性增强
【例题4】若用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中,然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气,发生原电池反应。
在负极发生氧化反应的是,其产物最终是,
负极反应式是;
正极反应式是;
总反应式是。
【例题5】以丙烷为燃料制作新型燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入丙烷,电解质是熔融碳酸盐。
电池反应方程式为;放电时,CO
移向电池的(填“正”或“负”)极。
【例题6】乙醇燃料电池中发生的化学反应为:
在酸性溶液中乙醇与氧气作用生成水和二氧化碳。
该电池的负极反应式为:
__________________
若以上述燃料电池为电源来电解饱和食盐水,当消耗46g乙醇时,电解产生的H2体积(标况)为_________L。
【达标检测】
1.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.燃料电池的活性物质大量储存在电池内部
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D.锌锰干电池中,锌电极是负极
2.LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为
2Li++FeS+2e-===Li2S+Fe有关该电池的下列说法中,正确的是( )
A.LiAl在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价
B.该电池的电池反应式为2Li+FeS===Li2S+Fe
C.负极的电极反应式为Al-3e-===Al3+
D.充电时,阴极发生的电极反应式为Li2S+Fe-2e-===2Li++FeS
3.甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等,它的一极通入甲醇,一极通入氧气;电解质是质子交换膜,它能传导氢离子(H+)。
电池工作时,甲醇被氧化为二氧化碳和水,氧气在电极上的反应是O2+4H++4e-===2H2O。
下列叙述中不正确的是( )
A.负极的反应式为CH3OH+H2O-6e-===CO2↑+6H+
B.电池的总反应式是2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O
C.电池工作时,H+由正极移向负极
D.电池工作时,电子从通入甲醇的一极流出,经外电路再从通入氧气的一极流入
4.一种新型燃料电池,它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中,然后分别向两极通入乙烷和氧气,其电极式为C2H6+18OH--14e-==2CO
+12H2O、7H2O+7/2O2+14e-==14OH-,有关此电池的推断正确的是( )
A.通氧气的电极为负极B.参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C.放电一段时间后,KOH的物质的量浓度不变D.电解质溶液中,CO
向正极移动
5.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池,它以丙烷气体为燃料。
电池中的一极通入空气,另一极通入丙烷气体,电解质是固态氧化物,在熔融状态下能传导O2-。
下列对该燃料电池的说法不正确的是( )
A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极
B.该电池的总反应是C3H8+5O2===3CO2+4H2O
C.电路中每通过5mol电子,约有5.6L标准状况下的丙 烷被完全氧化
D.通入丙烷的电极为负极,电极反应为C3H8-20e-+10O2-===3CO2+4H2O
6.已知电解饱和食盐水可制得Cl2,又已知铅蓄电池放电时发生如下反应:
正极:
PbO2+4H++SO42–+2e--==PbSO4+2H2O负极:
Pb+SO42–+2e--==PbSO4
现拟用铅蓄电池电解饱和食盐水制氯气0.05mol,电池内H2SO4的消耗量至少()
A.0.025molB.0.05molC.0.10molD.0.20mol
7、右图是一个化学过程的示意图。
已知甲池的总反应式为:
氢氧燃料碱性电池
(1)请回答下列电极的名称:
通入H2的电极名称是,B(石墨)电极的名称是。
(2)写出电极反应式:
通入O2的电极的
电极反应式是。
A(Fe)电极的电极反应式为,
(3)已知电瓶车所用电池一般为铅蓄电池,这是
一种典型的可充电电池,电池总反应
式为:
Pb+PbO2+4H++2SO42-
2PbSO4+2H2O,
a.铅蓄电池放完电后,用上述甲池给铅酸蓄电池充电则,通氧气的一极结铅酸蓄电池的
(填A或B)
b.右图铅蓄电池放电时,电子流动方向由经导线流向(填A或B)
c.铅蓄电池放电时,负极反应是
第三节化学能转化为电能——电池
第三课时金属的腐蚀与防护
【学习目标】1、结合所学原电池原理,联系生活了解金属腐蚀的原理。
2、能够利用电化学知识进行金属防护。
【学习过程】
一、金属腐蚀
1、定义:
2、分类:
3、本质:
二、金属电化学腐蚀的原理
【问题讨论】钢铁及其制品通常为含碳的铁合金,它们在什么条件下易生锈?
电化学腐蚀:
当两种金属(或合金)相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时,由于形成而发生的腐蚀就是电化学腐蚀。
电化学腐蚀过程中由于电解质溶液的不同,又可分为和两种。
1.析氢腐蚀总反应:
2H++Fe=Fe2+H2↑
负极():
正极():
2.吸氧腐蚀总反应:
2H2O+O2+2Fe=2Fe(OH)2
负极():
正极():
在空气中4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,Fe(OH)3失水而成铁锈Fe2O3·xH2O
【结论】中性或酸性很弱或碱性条件下,易发生腐蚀。
当钢铁处于酸性气氛中时,易发生腐蚀。
【例题1】下列现象与电化学腐蚀无关的是( )
A、黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易生铜绿。
B、生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈。
C、铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈。
D、银质奖牌在空气中久置后表面变暗。
【例题2】菜刀上沾有食盐水后,置于空气中一段时间会生锈,其原理是()
正极
负极
A
Fe-2e=Fe2+
2H2O+O2+4e-=4OH-
B
2H++2e=H2O
Fe-2e-=Fe2+
C
2H2O+O2+4e=4OH-
Fe-3e-=Fe3+
D
2H2O+O2+4e=4OH-
Fe-2e-=Fe2+
三、金属的防护
1、改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
2、加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
3、牺牲阳极的阴极保护法(牺牲阳极保护法)
原理:
形成池反应时,让被保护金属做极,不反应,起到保护作用;而相对活泼的金属发生反应被腐蚀。
如航海船只的船底四周镶嵌锌块。
4、外加电流的阴极保护法(阴极电保护法)
原理:
将被保护金属与另一附加电极作为池的两个极,使被保护的金属作为极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护。
此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
【思考】镀锌铁板与镀锡铁板在镀层破损后谁的防腐效果会变差?
【拓展延伸】金属腐蚀快慢规律探究?
作电解池极引起的腐蚀>作原电池极引起的腐蚀>腐蚀>原电池原理的防护>电解原理的防护;
【例题3】钢铁生锈现象随处可见,钢铁的电化腐蚀原理
如图所示:
①写出石墨电极的电极反应式;
②将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置,请在右图虚线框内所示位置作出修改,并用箭头标出导线中电子流动方向。
③写出修改后石墨电极的电极反应式
【例题4】如图所示,装置中都盛有0.1mol/L的NaCl溶液,放置一定时间后,装置中的四块相同的锌片腐蚀速率由快到慢的正确顺序是()
A.①②③④ B.①②④③C.③①④② D.②①④③
【达标检测】
1、下列有关金属腐蚀的叙述正确的是( )
A.金属越纯越不易被腐蚀B.干燥环境下金属不被腐蚀
C.铜一定比铁难腐蚀D.金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀
2、钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为:
2Fe+2H2O+O2===2Fe2++4OH-。
以下说法正确的是()
A.负极发生的反应为:
Fe-2e-===Fe2+
B.正极发生的反应为:
2H2O+O2+2e-===4OH-
C.原电池是将电能转变为化学能的装置
D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
3、如图装置中,U型管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和盐酸,各加入生铁块,放置一段时间。
下列有关描述错误的()
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是Fe-2e-===Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
4、关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀的下列说法中,不正确的是()
A.正极电极反应式为:
2H++2e-===H2↑
B.此过程中还涉及到反应:
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
5、下列金属防护的方法不正确的是()
A.对健身器材涂油漆以防止生锈
B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化,继续保护铁
C.用牺牲锌块的方法来保护船身D.自行车的钢圈上镀上一层Cr防锈
6、铁块在下列情况下腐蚀最快的是()
A.铁块放在海水中B.铁块和锌块连接放在海水中
C.铁块和锡块连接放在海水中D.铁块和锡块连接放在淡水中
7、下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()
A.纯银器表面在空气中因电化学腐蚀渐渐变暗
B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用
C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
8、下列说法不正确的是()
A.钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应是2H2O+O2+4e-=4OH-
B.轮船底部放一块锌块,所采用的防腐方法为牺牲阳极保护法
C.保护地下钢管不受腐蚀,可使它连接直流电源的负极
D.白铁(镀Zn铁)表面有划损时,也能阻止铁被氧化
9、下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是()
选项
方法
对相应方法的描述
A
改变金属内部的组成结构
此法实际上是将金属制成合金,增强抗腐蚀能力
B
在金属表面覆盖保护层
保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用
C
外加电流的阴极保护法
接外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极
D
牺牲阳极的阴极保护法
构成原电池,被保护的金属作正极
10、如下图所示,烧杯中都盛有稀硫酸。
(1)中反应的离子方程式为
(2)中的电极反应:
Fe:
、
Sn:
Sn极附近溶液的pH(填增大、减小或不变)
(3)中被腐蚀的金属是、其电极反应式为。
比较
(1)、
(2)、(3)中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是
第三节化学能转化为电能——电池习题
1、关于原电池的说法正确的是()
A.在正极上发生氧化反应B.化学性质相对活泼的金属为负极
C.在外电路电子从正极流出D.在负极上发生还原反应
2、将镁片、铝片平行插入到一定浓度的NaOH溶液中,用导线连接成闭合回路,该装置在工作时,下列叙述正确的是()
A.镁比铝活泼,镁失去电子被氧化成Mg2+
B.铝是电池负极,开始工作时溶液中会立即
有白色沉淀生成
C.该装置的内、外电路中,均是电子的定向
移动形成电流
D.该装置开始工作时,铝片表面的氧化膜可不必处理
3、将锌片与铜片用导线连接,置于同一稀硫酸溶液中,下列叙述正确的是()
A.正极附近c(SO42-)逐渐增大B.负极附近c(SO42-)逐渐增大
C.正极、负极附近c(SO42-)基本不变D.锌片、铜片同时有气泡冒出,说明锌片不纯
4、如右图所示的装置,C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。
将电源接通后,向乙中滴入酚酞溶液,在F极附近显示红色。
则以下说法正确的是()
A.电源B极是正极
B.甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成,其物质的量之比为1﹕2﹕1﹕1
C.欲用丙装置给铜镀银,H应该是Ag,电镀液是AgNO3溶液
D.装置丁中Y极附近红褐色变深,说明氢氧化铁胶粒带正电荷
5、铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O=Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是()
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-=Ni2O3+3H2O
6、将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。
下列说
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