原电池工作原理及其应用(一).ppt

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1、原电池原理及其应用原电池原理及其应用(一一)【考纲点击【考纲点击】1. 了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池总反应式 2. 了解常见化学电源的种类及其工作原理3. 了解金属发生电化学腐蚀的原因以及防护措施知识回顾知识回顾一一 原电池的工作原理原电池的工作原理1.定义定义把把_转化为转化为_的装置的装置 2.构成条件构成条件(1)具有两个具有两个_不同的电极不同的电极(金属和金属或金属金属和金属或金属和非金属和非金属) (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_) 化学能化学能电能电能活泼性活泼性电解质电解质闭合回路闭合回路接触接触3.原电池的两极原电池的

2、两极 负极负极:活泼性活泼性_的金属的金属,发生发生_反应反应 正极正极:活泼性活泼性_的金属或导体的金属或导体,发生发生_反应反应 4.电极反应式的书写和电荷移动方向电极反应式的书写和电荷移动方向(1)电极反应式的书写电极反应式的书写 负极负极:_,电极反应式电极反应式:_ 正极正极:_,电极反应式电极反应式:_ 电池反应电池反应:_较强较强氧化氧化较弱较弱还原还原ZnZn-2e-Zn2+Cu2H+2e-H2Zn+2H+Zn2+H2(2)电荷移动方向电荷移动方向 电子由电子由_释放释放,经经_沿导线流入沿导线流入_,电解电解质溶液中的质溶液中的_移向正极移向正极,在其表面得电子被在其表面得电

3、子被_,形成一个闭合回路形成一个闭合回路 负极负极外电路外电路正极正极阳离子阳离子还原还原二二 化学电源化学电源1.干电池干电池 锌锌-锰干电池的负极材料是锰干电池的负极材料是_,正极材料是正极材料是_ 在负极上在负极上,_失失e-被氧化被氧化,在正极上在正极上,_得得e-被还原。被还原。锌片锌片石墨石墨ZnMnO22.铅蓄电池铅蓄电池如铅蓄电池如铅蓄电池:H2SO4作电解液作电解液(1)放电时放电时负极负极:_正极正极:_总反应总反应:_(2)充电反应为电解过程充电反应为电解过程,是放电反应的逆过程是放电反应的逆过程阴极阴极:_阳极阳极:_ 总反应总反应:_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.燃料电池燃料电池(1)a.氢氧液体燃料电池氢氧液体燃料电池介质介质电池反应：电池反应： 2H2 +2 = 2H2O 酸酸性性负极负极正极正极中中性性负极负极 正极正极碱碱性性负极负极正极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e-

5、 = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-固体电解质介质固体电解质介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 负极正极负极 正极2H2 - 4e- +2O2= 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 3.燃料电池燃料电池b.氢氧固体燃料电池氢氧固体燃料电池(2)CH4燃料电池燃料电池:电解质为电解质为KOH负极负极:_正极正极:_总反应总反应:_(3)CH3OH燃料电池燃料电池:电解质为电解质为KOH负极负极:_正极正极:_总反应总反应:_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 金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护1.金属的腐蚀金属的腐蚀(1)概念概念 金属与周围的空气或液体物质发生金属与周围的空气或液体物质发生_反应反应而引起损耗的现象而引起损耗的现象 (2)分类分类 一般分为一般分为_腐蚀和腐蚀和_腐蚀两种腐蚀两种 氧化还原氧化还原化学化学电化学电化学(3)化学腐蚀化学腐蚀金属跟接触到的金属跟接触到的_气体或液体等直接发生化学气体或液体等直接发生化学反应而引起

7、的腐蚀反应而引起的腐蚀 (4)电化学腐蚀电化学腐蚀概念概念:_的金属跟的金属跟_接触时接触时,因为发生因为发生_反应而引起的腐蚀反应而引起的腐蚀 分类分类氧化性氧化性不纯不纯电解质溶液电解质溶液原电池原电池a. 析氢腐蚀析氢腐蚀在金属外面的水膜呈在金属外面的水膜呈 _ 性时发生析氢腐蚀性时发生析氢腐蚀 以钢铁为例以钢铁为例: 负极负极(Fe):_ 正极正极(C):_较强酸较强酸Fe-2e-Fe2+2H+2e-H2b.吸氧腐蚀吸氧腐蚀在金属外面的水膜在金属外面的水膜_很弱或呈很弱或呈_或中性或中性,溶解一定量溶解一定量_时发生吸氧腐蚀时发生吸氧腐蚀 以钢铁为例以钢铁为例:负极负极(Fe):_正极

8、正极(C):_总反应总反应:_氧化过程氧化过程:_脱水过程脱水过程:_酸性酸性碱性碱性O22Fe-4e-2Fe2+O2+2H2O+4e-4OH-2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3nH2O+(3-n)H2O2.金属的防护金属的防护(1)改变金属的内部结构改变金属的内部结构,使其成为防腐蚀金属使其成为防腐蚀金属,如制如制成成_等等 (2)加防护层加防护层,如在金属表面如在金属表面_或表面钝化等方法或表面钝化等方法 喷油漆喷油漆 涂油脂涂油脂 电镀电镀 喷镀喷镀不锈钢不锈钢(3)电化学防护电化学防护牺牲阳极的阴极保护法牺牲

9、阳极的阴极保护法_原理原理a._极极(阴极阴极):被保护的金属设备被保护的金属设备b._极极(阳极阳极):比被保护的金属活泼的金属比被保护的金属活泼的金属外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法电解电解原理原理a.阴极阴极:被保护的金属设备被保护的金属设备b.阳极阳极:惰性电极惰性电极原电池原电池正正负负【例【例1】 一种燃料电池中发生的化学反应为一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳 该电该电池负极发生的反应是池负极发生的反应是( )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 正极发生还原反应正极发生还原反应,负极发生氧化反应负极发生氧化反应,首先根首先根据题意写出电池总反应式和正极反应式据题意写出电池总反应式和正极反应式,用总反应用总反应式减正极反应式即得负极反应式式减正极反应式即得负极反应式 总反应式总反应式:2CH3OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)正极反应式正极反应式:O2(g)+4H+(aq)+4e-2H2O(l)负极反应式负极反应式:CH3OH(g

11、)+H2O(l)-6e-CO2(g)+6H+(aq)变式变式1:某固体氧化物燃料电池某固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物以固体氧化物作为电解质作为电解质,其中其中O2-可以在其内部自由通过可以在其内部自由通过 其其工作原理如图所示工作原理如图所示,下列关于固体燃料电池的有关下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是说法正确的是( )A.电极电极b为电池负极为电池负极,电极反应式为电极反应式为O2+4e-2O2- B.固体氧化物的作用是让电子在电池内通过固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C.若若H2作为燃料气作为燃料气,则接触面上发生的反应为则接触面上发生的反应为 ： H2+2OH-4e-

12、2H+H2OD.若若C2H4作为燃料气作为燃料气,则接触面上发生的反应为：则接触面上发生的反应为：C2H4+8O2-12e-2CO2 +2H2O答案答案: D解析解析:A项项,电极电极b上通入的空气或氧气上通入的空气或氧气,是得电子的物是得电子的物质质,故故b应为电池的正极应为电池的正极 B项项,电子无法通过电解质溶液电子无法通过电解质溶液(即电子只能通过外即电子只能通过外电路电路) C项项,由于该固体氧化物燃料电池中没有由于该固体氧化物燃料电池中没有H2O,更没更没有有H+和和OH-,H2失电子后失电子后,与与O2-结合起来生成结合起来生成H2O,电极反应式应为电极反应式应为H2+O2-2e

13、-H2O D项项,C2H4作为燃料气作为燃料气,失去失去e-后后,再与再与O2-结合结合,会生会生成成 CO2和和H2O两种物质两种物质 即即:C2H4+8O2-12e-2 CO2 +2H2O 【例【例2】 下列有关电池的说法不正确的是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手机上用的锂离子电池属于二次电池B.铜锌原电池工作时铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电子沿外电路从铜电极流向锌电极电极C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D.锌锰干电池中锌锰干电池中,锌电极是负极锌电极是负极 答案答案 B解析解析 本题考查实用电池的

14、有关知识本题考查实用电池的有关知识 手机用电池手机用电池是可充电电池是可充电电池,A对对 铜锌原电池铜锌原电池,Cu为正极为正极,Zn为为负极负极,外电路中电子由负极流向正极外电路中电子由负极流向正极,B错错 燃料电燃料电池将化学能转化为电能池将化学能转化为电能,C对对 锌锰干电池锌锰干电池,Zn为负为负极极,D对对 变式变式2:新型高能钠硫电池以熔融的钠新型高能钠硫电池以熔融的钠 硫为电极硫为电极,以钠以钠离子导电的陶瓷为固体电解质离子导电的陶瓷为固体电解质 该电池放电时为原电该电池放电时为原电池池,充电时为电解池充电时为电解池 反应原理为反应原理为:2Na+xS = Na2Sx 请回答下列

15、问题请回答下列问题:(1)放电时放电时S发生发生_反应反应,Na为为_极极 (2)充电时充电时Na所在电极与直流电源所在电极与直流电源_极相连极相连 (3)充电时阳极反应为充电时阳极反应为_;放电时负放电时负极反应为极反应为_ (4)用此电池电解饱和用此电池电解饱和NaCl溶液溶液,当阳极产生当阳极产生11.2 L(标标准状况准状况)气体时气体时,消耗金属钠消耗金属钠_g 还原还原负负负负2Na-2e-2Na+23Xs+2e-= Sx2-解析解析作为原电池作为原电池(放电放电)时时,金属金属Na为电池的负极为电池的负极,失失电子电子,发生氧化反应发生氧化反应:2Na-2e-2Na+;S作为正极

16、作为正极,得电子得电子,发生还原反应发生还原反应:xS+2e- Sx2- ;电池充电时电池充电时是作为电解池是作为电解池,Na+在在Na所在电极得电子所在电极得电子,发生还原发生还原反应反应,该电极为阴极该电极为阴极,与直流电源的负极相连与直流电源的负极相连, Sx2-在阳极失电子在阳极失电子,发生氧化反应发生氧化反应: Sx2- -2e-xS 用用此电池电解饱和此电池电解饱和NaCl溶液溶液,阳极有阳极有11.2 L气体气体(Cl2)生成时生成时,即有即有1 mol e-转移转移,所以消耗所以消耗1 mol,即即23 g金属钠金属钠 【例【例3】 (2010北京卷北京卷)下列有关钢铁腐蚀与防

17、护下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是的说法正确的是( )A.钢管与电源正极连接钢管与电源正极连接,钢管可被保护钢管可被保护B.铁遇冷浓硝酸表面钝化铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀可保护内部不被腐蚀C.钢管与铜管露天堆放在一起时钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀钢管不易被腐蚀D.钢铁发生析氢腐蚀时钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是负极反应是Fe-3e-Fe3+答案答案 B解析解析 本题考查金属的腐蚀和防护本题考查金属的腐蚀和防护,意在考查考生对意在考查考生对金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用 钢管与钢管与电源正极相连电源正极相连,则钢管作阳极则钢管

18、作阳极,发生氧化反应而被发生氧化反应而被腐蚀腐蚀,A项错误项错误;铁遇冷浓硝酸表面钝化铁遇冷浓硝酸表面钝化,在表面生在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀,B项正确项正确;钢管与铜管露天堆放在一起钢管与铜管露天堆放在一起,形成原电池时钢管作形成原电池时钢管作负极负极,发生氧化反应而被腐蚀发生氧化反应而被腐蚀,C项错误项错误;钢铁发生钢铁发生析氢腐蚀时析氢腐蚀时,负极反应为负极反应为:Fe-2e-Fe2+,D项错误项错误 变式变式3:钢铁生锈过程发生如下反应钢铁生锈过程发生如下反应:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2;4Fe(OH)2+O2+2H2O4F

19、e(OH)3;2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O 下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.反应反应 中电子转移数目相等中电子转移数目相等B.反应反应中氧化剂是氧气和水中氧化剂是氧气和水C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 答案答案: A解析解析本题综合考查本题综合考查“电化学腐蚀电化学腐蚀”与氧化还原反与氧化还原反应的基本概念应的基本概念 由由知知,均转移均转移4 mol电子电子,A正正确确 由由知知,Fe是还原剂是还原剂,O2是氧化剂是氧化剂,H2O在反应在反应前后化合价不变前后化合价不变,B错错 Fe Cu构成原电池构成原电池,Fe为为负极负极,加速腐蚀加速腐蚀,C错错 钢铁在潮湿的空气中能形成钢铁在潮湿的空气中能形成原电池原电池,发生电化学腐蚀发生电化学腐蚀,D错错