高一化學競賽輔導《原電池原理及其應用》講義

高一化學競賽輔導《原電池原理及其應用》講義高一化學競賽輔導《原電池原理及其應用》講義一、原電池1、原電池定義：將轉變?yōu)榈难b置。

2、實質：將氧化還原反應的電子轉移變成電子的定向移動。即將化學能轉化成電能3、組成原電池的條件：

有兩種活潑性不同的金屬作電極注意：燃料電池中兩極可同選石墨或鉑有電解質溶液構成閉合的回路［例1］下列哪些裝置能組成原電池？沿導線沿導線如左圖：若在上述f裝置中接上電流計并插入鹽橋。電流計指針偏轉，說明有電流通過。從檢流計指針偏轉的方向可以知道電流的方向是Cu極→Zn極。根據電流是從正極流向負極，因此，Zn極為負極，Cu極為正極。電子從Zn極→Cu極。

若取出鹽橋，檢流計指針歸零，重新放入鹽橋，指針又發(fā)生偏轉，說明鹽橋起到了使整個裝置構成通路的作用。

鹽橋是怎樣構成原電池中的電池通路呢？Zn棒失去電子成為Zn2+進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+過多，帶正電荷。Cu2+獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2+過少，SO42－過多，溶液帶負電荷。當溶液不能保持電中性，將阻止放電作用的繼續(xù)進行。鹽橋的存在，其中Cl-向ZnSO4溶液遷移，K+向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應可以繼續(xù)進行。鹽橋中離子的定向遷移構成了電流通路，鹽橋既可溝通兩方溶液，又能阻止反應物的直接接觸。

4、電極名稱及其判斷：

根據電極材料：兩種金屬組成電極，若它們都與電解質溶液單獨能反應，則較活潑的金屬作負極；

若只有一種電極與電解質溶液能反應，則能反應的電極作負極。

根據電極反應：失電子－氧化反應－負極得電子－還原反應－正極根據電子或電流流動方向：

電子從負極流出，流入正極；

電流從正極流出，流入負極。

［例2］請判斷下列原電池的正負極：

5、電極反應方程式的書寫注意：需標出正負極及電極材料；

遵循三大守恒如：Fe－Cu：

負極：Fe–2e=Fe2+正極：2H++2e=H2↑總反應：Fe+2H+=Fe2++H2↑［練習1］請寫出下列原電池電極反應式及總反應式。

Fe－CCu－AgAl－MgFe－Cu［練習2］請把Fe+2FeCl3＝3FeCl2，設計成原電池。

6、原電池原理的應用判斷金屬的活潑性：加快金屬與酸反應的速率：二、化學電源化學電源是將化學能轉化為電能的裝置，它包括一次電池、二次電池和燃料電池等。

1、一次電池如：普通鋅錳電池、堿性鋅錳電池、鋅銀電池、鋰電池等。

堿性鋅錳電池，電解質是KOH，其電極反應：

2MnO2＋Zn＋2H2O＝2MnOOH＋Zn2負極：

正極：

鋅銀電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質是KOH，其電極總反應如下：

Zn+Ag2O＝ZnO+2Ag則：負極：

正極：

2、二次電池放電如：鉛蓄電池。反應方程式如下式：

充電Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O①其放電電極反應：

負極：

正極：

②其充電反應是上述反應的逆過程，則電極反應：

陰極：

陽極：

3、燃料電池燃料電池是一種持續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池。它與一般的化學電源不同，一般化學電池的活性物質儲存在電池內部，故而限制了電池的容量，而燃料電池的電極本身不包括活性物質，只是一個催化轉化元件。

如：氫氧燃料電池。2H2＋O2＝2H2O①酸性介質時，電極反應：

負極：

正極：

總反應：

②堿性介質時，電極反應：

負極：

正極：

總反應：

除H2外，烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體，均可作燃料電池的燃料；

除純氧氣外，空氣中的氧氣也可作氧化劑。

［練習3］新型燃料電池，甲烷、氧氣及KOH電解質溶液，用Pt作兩個電極，寫出兩個電極的電極反應式和總反應式。

三、金屬的電化學腐蝕與防護金屬的電化學腐蝕1、金屬的腐蝕是金屬與周圍的氣體或者液體物質發(fā)生而引起損耗的現象。一般可分為腐蝕和腐蝕。

化學腐蝕：金屬與接觸到的干燥氣體或非電解質液體等直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。

如：鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕，溫度越高，化學腐蝕越。

電化學腐蝕：不純的金屬跟電解質溶液接觸時。會發(fā)生反應，的金屬失去電子而被。如在潮濕的空氣中生銹。

兩種腐蝕往往發(fā)生，但腐蝕更普遍，速度更快，危害更嚴重。

2、化學腐蝕與電化學腐蝕的共同點和不同點：

電化腐蝕化學腐蝕條件不純金屬或合金與電解質溶液接觸與非電解質直接接觸有無電流產生本質較活潑的金屬被氧化金屬被氧化3、電化學腐蝕析氫腐蝕負極正極總方程式：

吸氧腐蝕負極正極總方程式：

離子方程式：Fe2++2OH－=Fe2Fe2繼續(xù)與空氣中的氧氣作用：

鐵銹的主要成分是，阻止鋼鐵繼續(xù)腐蝕。4、影響金屬腐蝕快慢的因素本性：

金屬的活動性：金屬越，越容易被腐蝕純度：不純的金屬比純金屬腐蝕，如純鐵比鋼腐蝕。電化學腐蝕：兩電極活動性差別越大，氧化還原反應速率越，活潑金屬被腐蝕得越快。

氧化膜：如果金屬被氧化形成致密的氧化膜，那么會保護內層金屬，如、如果金屬被氧化形成疏松的氧化膜，那么不會保護內層金屬，如空氣水FeCFeZnFeⅠⅡⅢ外因：

介質：環(huán)境［例題］如右圖所示，鐵處于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種不同的環(huán)境中，鐵被腐蝕的速率由大到小的順序是。

金屬的防護1、金屬的防護覆蓋保護膜改變金屬的內部結構2、電化學保護犧牲陽極陰極保護法外加電流陰極保護法常見化學電源介紹1、銅鋅電池負極材料鋅正極材料銅電解質稀硫酸負極反應Zn-2e=Zn2+正極反應2H++2e=H2-總反應Zn+2H+=Zn2++H2-2、干電池負極材料Zn正極材料C電解質NH4ClZnCl2MnO2糊狀混和物作電解質溶液負極反應Zn-2e=Zn2+正極反應2NH4++2e=2NH3+H2-總反應2NH4++Zn=Zn2++2NH3-+H2-備注正極產生的NH3被ZnCl2吸收,反應式是:4NH3+ZnCl2=Cl2正極產生的H2被MnO2吸收,反應式是:H2+2MnO2=Mn2O3+H2O3、鉛蓄電池負極材料Pb正極材料PbO2電解質H2SO4溶液負極反應Pb-2e+SO42-=PbSO4正極反應PbO2+2e+4H++SO42-=PbSO4+2H2O總反應PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O4、銀鋅電池負極材料Zn正極材料Ag2O電解質KOH溶液負極反應Zn-2e+2OH-=Zn2正極反應Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH-總反應Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn2備注又稱高能電池,常用于計算器、電子表中5、愛迪生電池負極材料Fe正極材料NiO2電解質KOH溶液負極反應Fe-2e+2OH-=Fe2正極反應NiO2+2e+2H2O=Ni2+2OH-總反應NiO2+Fe+2H2O=Ni2+Fe26、鎘鎳電池負極材料Cd正極材料NiO2電解質KOH溶液負極反應Cd-2e+2OH-=Cd2正極反應NiO2+2e+2H2O=Ni2+2OH-總反應NiO2+Cd+2H2O=Ni2+Cd27、鋁—空氣電池負極材料Al正極材料空氣電解質海水負極反應4Al-12e+12OH-=4Al3正極反應3O2+12e+6H2O=12OH-總反應4Al+3O2+6H2O=4Al3備注為我國首創(chuàng)的新型海水標燈，其能量比干電池高20-50倍8、氫氧燃料電池負極材料H2正極材料O2電解質KOH溶液負極反應2H2-4e+4OH-=4H2O正極反應O2+4e+2H2O=4OH-總反應2H2+O2=2H2O備注該電池由于高能、輕便、無污染等優(yōu)點而被廣泛應用于航天等特殊場合。如阿波羅宇宙飛船上9、其它燃料電池負極材料CO、CH4等可燃性氣體正極材料O2電解質KOH溶液負極反應CH4-8e+10OH-=CO32-+7H2O正極反應2O2+8e+4H2O=8OH-總反應CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O10、心臟起搏電池1負極材料Zn正極材料Pt電解質人體體液負極反應2Zn-4e+4OH-=2Zn2正極反應O2+4e+2H2O=4OH-總反應2Zn+O2+2H2O=2Zn2備注以鉑鋅為電極材料,