原電池的工作原理及應(yīng)用化學電源學案練案

1、原電池的工作原理及應(yīng)用 化學電源 學案+練案最新考綱1.了解原電池和電解池的工作原理,能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式2.了解常見化學電源的種類及其工作原理3.理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因,金屬腐蝕的危害,防止金屬腐蝕的措施【自主復習】一原電池的工作原理1.定義把 轉(zhuǎn)化為 的裝置2.構(gòu)成條件(1)具有兩個 不同的電極(金屬和金屬或金屬和非金屬)(2)具有 溶液(3)形成 (或在溶液中相互接觸)3.原電池的兩極負極:活潑性 的金屬,發(fā)生 反應(yīng)正極:活潑性 的金屬或?qū)w,發(fā)生 反應(yīng)4.電極反應(yīng)式的書寫和電荷移動方向(1)電極反應(yīng)式的書寫負極: ,電極反應(yīng)式: 正極: ,電極反應(yīng)式: 電池反應(yīng): (2

2、)電荷、電子移動方向電子：由 極,沿導線流入 極離子： 移向正極, 移向負極5.原電池正負極的判斷在書寫原電池的電極反應(yīng)式時,首先應(yīng)正確判斷原電池的兩個電極哪一個是正極,哪一個是負極常用的判斷方法有:(1)根據(jù)電子流動方向判斷在原電池中,電子流出的一極是負極;電子流入的一極是正極(2)根據(jù)兩極材料判斷一般活潑性較強的金屬為負極;活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極 (3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動方向判斷陽離子向正極移動,陰離子向負極移動(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷負極總是失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),正極總是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷溶解的一極為負極,質(zhì)量增加或放

3、出氣體的一極為正極二發(fā)展中的化學電源1.一次電池(不能充電,不能反復使用)（1）堿性鋅錳電池:電解質(zhì)為KOH負極:Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2 正極:2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng):Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2（2）銀一鋅紐扣電池負極：Zn2OH-2e-Zn(OH)2 正極：Ag2OH2O2e-2Ag2OH 總反應(yīng)：ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag2.二次電池(可充電,可多次重復使用)如鉛蓄電池:H2SO4作電解液(1)放電時:負極:Pb+SO2-4-2e-=PbSO4 正極:PbO2+4H+SO2-4+2e-=Pb

4、SO4+2H2O總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(2)充電反應(yīng)為電解過程,是放電反應(yīng)的逆過程陰極:PbSO4+2e-=Pb+SO2-4 陽極:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO2-4總反應(yīng):2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 3.燃料電池(1)氫氧燃料電池：（一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入H2，正極通入 O2）用酸性電解質(zhì)時:負極:2H2-4e-=4H+ 正極: O2+4H+4e-=2H2O總反應(yīng):2H2+O2=2H2O用NaOH等堿性溶液時:負極:2H2+4OH-4e-=4H2O 正極: O2+2H2O+4e

5、-=4OH-總反應(yīng):2H2+O2=2H2O中性溶液時：負極: 2H2-4e-=4H+ 正極: O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):2H2+O2=2H2O固體電解質(zhì)：（氧化鋯-氧化釔）負極: 2H2-4e-=4H+ 正極: O2+4e-=2O2-總反應(yīng):2H2+O2=2H2O (2)CH4燃料電池:電解質(zhì)為KOH負極:CH4+10OH-8e-=CO2-3+7H2O 正極:2O2+4H2O+8e-=8OH-總反應(yīng):CH4+2O2+2OH-=CO2-3+3H2O (3)CH3OH燃料電池:電解質(zhì)為KOH負極:2CH3OH+16OH-12e-=2CO2-3+12H2O 正極:3O2+6H2O+12

6、e-=12OH-總反應(yīng):2CH3OH+3O2+4OH-=2CO2-3+6H2O（4）乙烷燃料電池： 電解質(zhì)為KOH溶液負極：2C2H6 +36OH-4CO32-+28e-+24H2O 正極：7O2+28e-+ 14H2O28OH-總反應(yīng)：2C2H6 + 8KOH +7O2=4K2CO3 + 10H2O（5）鋁空氣海水電池電源負極材料為：鋁；電源正極材料為：石墨、鉑網(wǎng)等能導電的惰性材料。負極：4Al12e=4Al3+； 正極：3O2+6H2O+12e=12OH總反應(yīng)式為：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3三金屬的腐蝕與防護1.金屬的腐蝕(1)概念：金屬與周圍的空氣或液體物質(zhì)發(fā)生 反應(yīng)而引

7、起損耗的現(xiàn)象(2)分類一般分為 腐蝕和 腐蝕兩種(3)化學腐蝕金屬跟接觸到的 氣體或 液體等直接發(fā)生化學反應(yīng)而引起的腐蝕(4)電化學腐蝕概念: 的金屬跟 接觸時,因為發(fā)生 反應(yīng)而引起的腐蝕分類a. 析氫腐蝕在金屬外面的水膜呈較強酸性時發(fā)生析氫腐蝕 以鋼鐵為例:負極(Fe):Fe-2e-=Fe2+正極(C):2H+2e-=H2b.吸氧腐蝕在金屬外面的水膜酸性很弱或呈堿性或中性,溶解一定量O2時發(fā)生吸氧腐蝕以鋼鐵為例:負極(Fe):2Fe-4e-=2Fe2+正極(C):O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2氧化過程:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe

8、(OH)3脫水過程:2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O2.金屬的防護(1)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使其成為防腐蝕金屬,如制成不銹鋼等(2)加防護層,如在金屬表面噴油漆涂油脂電鍍噴鍍或表面鈍化等方法(3)電化學防護犧牲陽極的陰極保護法原電池原理a.正極(陰極):被保護的金屬設(shè)備b.負極(陽極):比被保護的金屬活潑的金屬外加電流的陰極保護法電解原理a.陰極:被保護的金屬設(shè)備b.陽極:惰性電極3. 金屬腐蝕快慢的判斷方法(1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕(2)同一金屬在不同電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率:強電解質(zhì)>弱

9、電解質(zhì)>非電解質(zhì)(3)原電池原理引起的腐蝕速率:兩電極金屬活動性相差越大,越易腐蝕(4)對于同一電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快四原電池原理的應(yīng)用1.加快氧化還原反應(yīng)的速率例如:在鋅與稀H2SO4反應(yīng)時加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快2.尋求和制造干電池和蓄電池等化學電源3.比較金屬活動性強弱例如:有兩種金屬a和b,用導線連接后插入到稀H2SO4中,觀察到a極溶解,b極上有氣泡產(chǎn)生根據(jù)現(xiàn)象判斷出a是負極,b是正極,由原電池原理可知,金屬活動性a>b4.設(shè)計化學電池例如:以2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2為依據(jù),設(shè)計一個原電池(1)將氧化還原反應(yīng)拆

10、成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng),分別作原電池的負極和正極電極反應(yīng)式:負極:Cu-2e-=Cu2+;正極:2Fe3+2e-=2Fe2+例1 (2010·廣東理綜)銅鋅原電池(如下圖)工作時,下列敘述正確的是( )A.正極反應(yīng)為:Zn-2e-=Zn2+B.電池反應(yīng)為:Zn+Cu2+=Zn2+CuC.在外電路中,電子從負極流向正極D.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液例2 某固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì),其中O2-可以在其內(nèi)部自由通過其工作原理如圖所示,下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是A.電極b為電池負極,電極反應(yīng)式為O2+4e-=2O2-B.固體氧化物的作用是讓

11、電子在電池內(nèi)通過C.若H2作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為H2+2OH-4e-=2H+H2OD.若C2H4作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為C2H4+8O2-12e-=2CO2-3+2H2O例3 (2010·新課標全國理綜)根據(jù)下圖,可判斷出下列離子方程式中錯誤的是A.2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s)B.Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)C.2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq)D.2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)例4、鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應(yīng):2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH

12、)2;4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3;2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O下列說法正確的是( )A.反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等B.反應(yīng)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)生腐蝕D.鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學腐蝕例5鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛,如FeCl3可用作催化劑印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式_ (2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計成原電池,請畫出原電池的裝置圖,標出正負極,并寫出電極反應(yīng)式正極反應(yīng)_,負極反應(yīng)_例6 高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓高鐵電池

13、的總反應(yīng)為:3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH下列敘述不正確的是( )A.放電時負極反應(yīng)為:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2B.充電時陽極反應(yīng)為:Fe(OH)3-3e-+5OH-=FeO2-4+4H2OC.放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子,正極有1 mol K2FeO4被氧化D.放電時正極附近溶液的堿性增強例7、阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)為2H2+O2=2H2O，電解液為KOH，反應(yīng)保持在較高溫度，使H2O蒸發(fā)，下列敘述正確的是（ ）A、此電池能發(fā)出藍色火焰 B、H2為正極，O2為負極C、工作時，電解液的pH不斷減小D、電極反應(yīng)

14、為：負極2 H2+4 OH-4e-=4 H2O 正極O2+2H2O+4e-=4 OH-【自主練習】1、.(2010·長春市調(diào)研)用銅片銀片Cu(NO3)2溶液AgNO3溶液導線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U形管)構(gòu)成一個原電池(如圖)以下有關(guān)該原電池的敘述中正確的是( )在外電路中,電子由銅電極流向銀電極正極反應(yīng)為:Ag+e-=Ag實驗過程中取出鹽橋,原電池仍繼續(xù)工作將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A. B.C. D.2、.可用于電動汽車的鋁-空氣燃料電池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液,鋁合金為負極,空氣電極為正極下列說法正確的是( )A.以Na

15、Cl溶液或NaOH溶液為電解液時,正極反應(yīng)都為:O2+2H2O+4e-=4OH-B.以NaOH溶液為電解液時,負極反應(yīng)為:Al+3OH-3e-=Al(OH)3C.以NaOH溶液為電解液時,電池在工作過程中電解液的pH保持不變D.電池工作時,電子通過外電路從正極流向負極3、.分析如圖所示的四個原電池裝置,其中結(jié)論正確的是( )A.中Mg作為負極,中Fe作為負極B.中Mg作為正極,電極反應(yīng)式為6H2O+6e-=6OH-+3H2C.中Fe作為負極,電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+D.中Cu作為正極,電極反應(yīng)式為2H+2e-=H24、把A、B、C、D四塊金屬片浸入稀硫酸中，分別用導線兩兩相連可以組成

16、原電池A、B相連時A為負極；C、D相連時，電流由DC；A、C相連時，C極上產(chǎn)生大量氣泡； B、D相連時，D極發(fā)生氧化反應(yīng)這四種金屬的活動順序是 AABCDBACDB CCABD DBDCA5、(2010·安徽理綜)某固體酸燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H+,其基本結(jié)構(gòu)如圖,電池總反應(yīng)可表示為:2H2+O2=2H2O,下列有關(guān)說法正確的是( )A.電子通過外電路從b極流向a極B.b極上的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-=4OH-C.每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子,消耗1.12 L的H2D.H+由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極6、一種燃料電池中發(fā)生的化學反應(yīng)為;在酸性溶液中甲醇與氧

17、作用生成水和二氧化碳該電池負極發(fā)生的反應(yīng)是( )A.CH3OH(g)+O2(g)-2e-=H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)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-7、某固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì),其中O2-可以在其內(nèi)部自由通過其工作原理如圖所示,下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是( )A.電極b為電池負極,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C.若H2作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為H2+2OH-4e-=2H+H2OD.若C2H4作為燃料氣,則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為C2H4+8O2-12e-