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1、1专题专题 化学能转化为电能化学能转化为电能【本讲教育信息本讲教育信息】 一. 教学内容： 高考第一轮复习化学选修 4 第 1 章 化学反应与能量 第 3 节 化学能转化为电能电池 1. 原电池的工作原理。 2. 化学电源。 （1）锌锰干电池 （2）铅蓄电池 （3）氢氧燃料电池 3. 金属的腐蚀与防护 （1）金属腐蚀的电化学原理 （2）金属的防护二. 教学目的： 1. 了解原电池工作原理。 2. 掌握根据电极反应判断阴极和阳极、根据电流方向判断电池正极和负极的方法。 3. 了解电极反应的概念。 4. 了解原电池的实际应用、常见化学电源的种类及工作原理。 5. 了解金属腐蚀的电化学原理以及防护的
2、原则。三. 重点和难点 1. 原电池的工作原理。 2. 电池电极的判断，电极反应和电池反应式的书写。 3. 金属腐蚀的电化学原理及金属的防护。四. 考点分析 本节内容在高考中的主要考查点是： 1. 原电池原理的应用。 2. 电池电极的判断。 3. 电极反应和电池反应式的书写。 4. 金属腐蚀的电化学原理及金属防护措施。五. 知识要点1. 原电池是_的装置。盐桥既可以使_，又可以使_， 其导电原理是_。2. 在铜锌原电池中，电极反应分别是：正极_，负极_。总反应式 是_。3. 可充电电池放电时是_，将_能转化为_能，充电时 是一个_，将_能转化为_能储存起来。4. 锌锰干电池分为_和_两种干电池
3、，负极上发生的电极反应为 _，正极上发生的电极反应为_。25. 铅蓄电池的结构比较复杂，其电极反应式为：负极_，正极 _。6. 氢氧燃料电池，在酸性条件下电极反应为：负极_，正极 _。碱性条件下电极反应为：负极_，正极 _。7. 吸氧腐蚀中，负极上发生的反应为_，正极上发生的反应为 _，原电池反应为_。8. 金属防护的方法主要有_、_、_等。 注意：1. 原电池的工作原理 （1）原电池的定义：能把化学能转化为电能的装置叫原电池。原电池反应的本质是氧 化还原反应。 （2）原电池的电极：负极：电子流出的一极，发生氧化反应的一极，电流流入的一极。正极：电子流入的一极，发生还原反应的一极，电流流出的一
4、极。 （3）构成原电池的条件： 两个活泼性不同的电极电解质溶液形成闭合回路（或在溶液中接触）知识要点实例概念将化学能转化为电能 的装置实质化学能转化为电能构成 前提能自发地发生氧化还 原反应构成 条件两个电极 电解质溶液 “两极” “一液”联 成回路 能自发地发生氧化 还原反应CuSO4溶液 自发反应：CuZnSO4电极 构成负极：还原性相对较 强的材料 正极：还原性相对较 弱的材料Zn 板负极 Cu 板正极Zn 板负极 Cu 板正极电极 反应负极：失去电子，氧 化反应 正极：得到电子，还 原反应负极：2ZnZne2正极： e2Cu2Cu负极：2ZnZne2正极： e2Cu2Cu电子 流向 电
5、流 流向外电路：电子由负极 流向正极，电流方向 相反 内电路：阴离子移向 负极，阳离子移向正外电路：电子由 Zn 板经 导线流向 Cu 板。内电路：2 4SO、OH移向 Zn 板外电路：电子由 Zn 板经导线 流向 Cu 板内电路：盐桥中的Cl移向 Zn板，盐桥中的K移向 Cu 板3极，电流由负极流向 正极（负极） ；2Cu、2Zn移向 Cu 板（正极） 电极 反应 与反 应总 式的 关系两个电极反应式加合， 即得反应总式负极：2ZnZne2正极： e2Cu2Cu总式：2CuZnCuZn2负极：2Zne2Zn正极： e2Cu2Cu总式：2CuZn2ZnCu重要 应用制作电池 防止金属被腐蚀 提
6、高化学反应速率制作干电池、铅蓄电池、 新型高能电池；用粗锌代替纯锌制取2H，反应速率快；Fe 与 Zn 相连 接，处于电解质溶液中， Fe 受保护可设计和生产种类繁多的化学 电池，且提高电池效率2. 常见化学电源名称电极材料电解质电极反应电池反应酸式锌 锰干电 池正极：石墨 负极：锌NH4Cl 和ZnCl2负极：2ZnZne2正极： e2NH2423HNH22 4ZnZnNH223HNH2碱性锌 锰干电 池正极：MnO2 负极：锌KOH负极： OH2Zn e2)OH(Zn2正极：OHMnO222e2OH2OMn32OHMnO2Zn22322OMn)OH(Zn铅蓄 电池正极：PbO2 负极：Pb
7、30% H2SO4 溶液负极：2 4SOPbe2PbSO4正极：PbO24H2 4SOe2422SOH2PbOPbOH2PbSO2244OH2PbSO24氢氧燃 料电池正极：石墨 负极：石墨KOH 溶液负极：OH4H224H2O4e正极：e4OH2O22OH4OH2OH2222铝空 气海 水电池负极：e12Al4Al43正极：OH6e12O322OH12OH6O3Al422=3)OH(Al4锌银 电池正极：Ag2O 负极：ZnKOH 溶液负极：ZnOOH2Zn e2OH2正极：e2OHOAg22= OH2Ag2Ag2ZnOOAgZn2锂电池正极：石墨 负极：LiLiAlCl4 SOCl2负极：
8、e8Li8Li8正极：e8SOCl32Cl6S2SO23LiCl6SOCl3Li82S2SOLi323. 金属的腐蚀与防护 （1）金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗 的过程。实质：金属原子（M）失去电子而被氧化的过程，即nMneM。类型：有电化学腐蚀和化学腐蚀两种。 a. 电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，相对较活 泼的金属失去电子而被氧化所引起的腐蚀。 以铁为例i 析氢腐蚀：正极反应为： 2He2H2ii 吸氧腐蚀：正极反应为：OH4e4OOH2225负极均为：2Fee2Feb. 化学腐蚀：金属跟接触到的物质（一般为非电解质）
9、直接发生氧化还原反应而引起 的一种腐蚀。 （2）金属的防护 金属防护的基本思路是防止金属与其他溶液化学物质直接接触，防止金属形成原电池。 常用的防护方法有：改变金属的结构；加保护层；电化学保护法。【典型例题典型例题】例 1. 从理论上说氧化还原反应都可以设计为原电池，试根据反应：23CuClFeCl2Cu2FeCl2，设计一个原电池并写出电极反应。分析：分析：联想铜、锌、硫酸原电池的正、负极和电池总反应：2442HZnSOSOHZn，分析氧化还原反应：223FeCl2CuClFeCl2Cu，Cu被氧化，因而作负极；3FeCl被还原，作电解质；再选择一种比铜更不活泼的金属或石墨作正极，即可构成原
10、电池。答案：答案：正极（石墨）：33Fe2e2Fe2负极（Cu）：2Cue2Cu例 2. 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池 以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：) s (OMn) s ()OH(Zn) l (OH) s (MnO2) s (Zn3222下列说法错误的是（ ） A. 电池工作时，锌失去电子B. 电池正极的电极反应式为：)aq(OH2) s (OMne2) l (OH) s (MnO23222C. 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D. 外电路中每通过 0.2mol 电子，锌的质量理论上减少 6.5g 分析：分析：锌为电极，在反应中失
11、去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极， 而电子定向移动的方向应为电流的反方向，故 C 错误。根据电子守恒可知 D 项正确。由该 电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式，可知 B 正确。6答案：答案：C例 3. 如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）A. B. C. D. 分析：分析：、实质均为原电池装置，中 Fe 为正极，被保护；、中 Fe 为负极， 均被腐蚀，但相对来说，Fe 和 Cu 的金属活动性较 Fe 和 Sn 的差别大，故 CuFe 原电池中 Fe 被腐蚀得最快。中因铁不纯而发生微小原电池反应。 答案：答案：C例 4. 有 X、Y、Z、W
12、 四种金属。已知3)OH(X的碱性大于3)OH(Y，3X可使 Z 氧化，W 可与热水反应产生2H，X 不能与热水反应，把 X 的金属片插入稀硫酸，让金属丝 Z 与 X接触，则 X 的溶解速率加快，这四种金属活动性强弱的关系一定是（ ）A. XYB. ZYC. WZD. ZX 分析：分析：由金属的氢氧化物的碱性判断金属活动性的前提条件是：主族元素的最高价氧化物 的水化物碱性越强，则金属的活动性越强。实际上是比较金属的还原性。3)OH(X的碱性大于3)OH(Y的碱性，没有提到主族元素的最高价氧化物的水化物，所以不能确定 X 和 Y 的活动性大小，3X可使 Z 氧化不能确定 X 和 Z 的金属性的大
13、小，如223MgFe2Fe2Mg、223CuFe2Fe2Cu，W 可与热水反应产生2H，X不能与热水反应，可判断金属性 WX，另外，XZ，因此，WZ。 答案：答案：C例 5. 阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：OH2OH2222，电解质溶液为 KOH 溶液，反应保持在较高温度，使OH2蒸发，则下列叙述中正确的是（ ） A. 此电池能发出蓝色火焰B. 2H为正极，2O为负极C. 工作时，电解质溶液的 pH 不断减小D. 电极反应为负极：e4OH4OH4H222；正极：OH4e4OH2O22分析：分析：原电池是将化学能转变为电能的装置。显然选项 A 不正确。由于电池反应为：OH2
14、OH2222，通2H的一极失电子为电池负极，发生反应：7OH4OH4H222e4，通2O的一极得电子为电池正极，发生反应：OH4e4OH2O22。整个过程中介质 KOH 并没有消耗，由于OH2不断蒸发，pH 基本保持不变。 答案：答案：D例 6. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的 化学反应是（ ）A. 3222)OH(Fe4OOH2)OH(Fe4B. 222)OH(Fe2OOH2Fe2C. OH4e4OOH222D. e3FeFe3分析：分析：洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀。负极发生的反应为2Fe2Fe2e4，正极发生的反应为OH4e4OOH222，
15、总反应式为22OOH2Fe2=2)OH(Fe2，而2)OH(Fe又被2O氧化为红褐色的3)OH(Fe。答案：答案：D例 7. 下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（ ）A. a 电极是负极B. b 电极的电极反应为： 22OOH2e4OH4C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置8分析：分析：依据原电池原理判断：a 电极通入2H发生氧化反应，作负极，其电极反应为OH4e4OH4H222；b 电极通入2O发生还原反应，作正极，其电极反应为OH2O22OH4e4；氢氧燃料电池的产物为OH2，无污染，具有良好的应用前景，且氧化剂（2O来自空气）不必储存在电池内，由上知 B 项不正确。答案：答案：B