【志鸿优化设计】高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量转化第三节化学能转化为电能 电池教学案 鲁科版.doc

第三节化学能转化为电能电池考纲点击1了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。3理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。一、原电池原理及应用1概念把_能转化为_能的装置。2工作原理(以锌铜原电池为例)电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向由zn沿导线流向cu盐桥中离子移向盐桥含饱和kcl溶液，k移向正极，cl移向负极3原电池构成条件(1)两个_的电极(金属和金属或金属和非金属导体)。(2)将电极插入_溶液中(或熔融电解质)。(3)用导线连接电极构成_。(4)能自发进行的_反应。4正、负极判断特别提示：(1)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(2)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(3)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。(4)原电池电极的“正”极与“负”极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。(5)判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：al在强碱性溶液中比mg更易失电子，al作负极，mg作正极。即时训练1分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()。a中mg作负极，中fe作负极b中mg作正极，电极反应式为6h2o6e=6oh3h2c中fe作负极，电极反应式为fe2e=fe2d中cu作正极，电极反应式为2h2e=h2即时训练2下列装置可以形成原电池的是_，并写出形成原电池的电极材料及电极反应式：正极：_；负极：_。二、化学电源1一次电池碱性锌锰干电池(不能充电，不能反复使用)负极材料是zn，正极是mno2。总反应式：zn2mno22h2o=2mno(oh)zn(oh)2。正极反应：2mno22h2o2e=2mno(oh)2oh；负极反应：_。2锌银电池一次电池负极反应：zn2oh2e=znoh2o；正极反应：ag2oh2o2e=2ag2oh；总反应式：_。3二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是_，正极材料是_。(1)放电时的反应负极反应：_。正极反应：_。总反应：pbpbo22h2so4=2pbso42h2o。(2)充电时的反应阴极反应：_。阳极反应：_。总反应：pbpbo22h2so42pbso42h2o。(3)可充电电池原理示意图4燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。酸性碱性负极反应式2h24e=4h2h24oh4e=4h2o正极反应式o22h2o4e=4oh电池总反应式2h2o2=2h2o特别提示：二次电池和燃料电池的几个注意事项：(1)可充电电池(二次电池)充电时，电池正极接电源正极，电池负极接电源负极。(2)可充电电池(二次电池)放电时负极发生氧化反应，充电时该极(阴极)发生还原反应；放电时正极发生还原反应，充电时该极(阳极)发生氧化反应。(3)燃料电池的负极为通入燃料的一极，正极为通入助燃剂的一极(一般为氧气)，电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。即时训练3下列有关电池的叙述不正确的是()。a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，电子沿外电路从铜电极流向锌电极c甲醇燃料电池可把化学能转化为电能d锌锰干电池中，锌电极是负极即时训练4(1)氢氧燃料电池以koh溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_，溶液的ph_。(填“变小”“增大”或“不变”)(2)氢氧燃料电池以h2so4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_，溶液的ph_。(填“变小”“增大”或“不变”)三、金属的腐蚀与防护1金属腐蚀(1)定义：金属与周围的气体(或液体)发生_反应而引起损耗的现象。(2)本质：金属原子_而被氧化。2金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与_接触不纯金属或合金与_接触现象_电流产生_电流产生本质金属被_较活泼金属被_实例金属与cl2、o2等直接反应钢铁在潮湿的空气中被腐蚀联系两者往往同时发生，_腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极正极总反应式2feo22h2o=2fe(oh)2联系_更普遍铁锈的形成：4fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)3，2fe(oh)3=fe2o3xh2o(铁锈)(3x)h2o。3金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法_原理a_：比被保护金属活泼的金属；b_：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法_原理a_：被保护的金属设备；b_：惰性金属。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)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。即时训练5如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为nh4cl溶液，乙试管中为nacl溶液，数天后导管中观察到的现象是_，甲中正极反应为_，乙中正极反应为_。即时训练6下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()。a bc d一、原电池正、负极的判断与电极反应式的书写1正、负极的判断特别提示：在判断原电池的电极时，不能简单的依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如al在强碱性溶液中比mg更易失电子，al作负极，mg作正极。再如fe、al在浓硝酸中钝化后比cu等金属更难失电子，cu作负极，fe、al作正极。2电极反应式的书写方法思路3复杂电极反应式的书写如ch4酸性燃料电池中，电极反应式为：ch42o2=co22h2o总反应式2o28h8e=4h2o正极反应式ch42h2o8e=co28h负极反应式4新型电池的分析思路以新型电池的研制开发为素材对原电池原理的考查是高考命题的热点题型，涉及的主要问题有：(1)正、负极的判断：发生失电子反应的电极是负极，发生得电子反应的电极是正极。(2)电子的流向和电解质溶液中离子的流向：外电路电流方向从正极流向负极；电源内电路电流方向从负极流向正极。原电池装置中，外电路电子流向与电流方向相反，从负极流向正极；电源内电路即电解质溶液，阳离子流向与电流相同，流向正极，阴离子流向与电流方向相反，流向负极。(3)电极反应式的书写：负极失去电子发生氧化反应；正极溶液中阳离子(或氧化性强的离子)得到电子，发生还原反应。两电极转移电子数守恒，符合正极反应加负极反应等于电池反应的原则。注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。如碱式氢氧燃料电池中的负极反应不能写成：2h24e=4h，因生成的h会迅速与oh反应生成h2o，所以要写成2h24oh4e=4h2o。【例11】图甲和乙是双液原电池装置。回答下列问题。(1)甲池中的正极反应为_，乙池的负极反应为_。(2)盐桥的作用是_，并_。(3)乙图当有1 mol电子通过外电路时，正极有_g ag析出。【例12】lisocl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是lialcl4socl2。电池的总反应可表示为4li2socl2=4liclsso2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。(2)电池正极发生的电极反应为_。二、原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在zn与稀硫酸反应时，加入少量cuso4溶液能使产生h2的速率增大。2比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如，有两种金属a、b，用导线连接或a、b之间用导线连上灵敏电流计后，插入到稀硫酸中，观察到a溶解，b极上有气泡产生，则推测a为负极，b为正极，金属活动性ab。3用于金属的保护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。4设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：(1)首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应。(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。两个电极的构成分为以下四种情况：a活动性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌板作原电池的负极，铜板作原电池的正极。b金属和非金属。例如，锌锰干电池中，锌片作原电池的负极，石墨棒作原电池的正极。c金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅板作原电池的负极，二氧化铅作原电池的正极。d惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，两电极均可用pt。电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的阳离子。如在锌铜硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有cu2的电解质溶液中。(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：原理装置图化学反应：cucl2fe=fecl2cu电极反应：负极：fe2e=fe2正极：cu22e=cu5判断金属腐蚀的快慢金属腐蚀既受到其组成的影响，又受到外界因素的影响。通常金属腐蚀遵循以下规律：(1)不同类型的腐蚀规律电解原理引起的腐蚀(金属作阳极)原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)电化学腐蚀在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀金属在非电解质溶液中的腐蚀。金属在强电解质溶液中的腐蚀金属在弱电解质溶液中的腐蚀。对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。对于不同氧化剂来说，氧化性越强，腐蚀越快。由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。【例2】铁及铁的化合物应用广泛，如fecl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出fecl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：_；负极反应：_。原电池原理应用的探究实验【实验目的】(1)金属活泼性强弱比较的实验探究。(2)铁生锈实验条件的探究。(3)金属腐蚀快慢因素的实验探究。【实验典例】以镁条、铝片为电极，以稀naoh溶液为电解质溶液构成的原电池，人们普遍认为铝是负极。某研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极，发生怎样的电极反应，进行了如下实验：如图，剪取约8 cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸除去表面氧化膜，使镁条与铝片分别与量程为50 a的教学演示电表的“”、“”端相连接，迅速将两电极插入盛有1 moll1 naoh溶液的烧杯中。开始，电表指针向左偏移约500 a，铝片表面有许多气泡，很快电流逐渐减小至0；随后，指针向右偏移，且电流逐渐增大至约400 a，此时，铝片表面气泡有所减少，镁条表面只有极少量的气泡产生。根据以上实验现象，回答下列问题：(1)开始阶段，原电池的正极是_(填“镁”或“铝”)片；铝片表面产生的气泡是_；负极发生的反应是_。(2)随后阶段，铝片发生的电极反应式是_；镁条表面只有极少量的气泡产生，其原因之一是：2h2o2e=h22oh(极少)，试判断此电极发生的主要反应是_；铝片表面气泡有所减少，但未消失，产生这一现象的可能原因是_。1(2012海南化学)下列叙述错误的是()。a生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱b用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈c在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液d铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀2(2012全国大纲理综)四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池，相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极，相连时，有气泡逸出；相连时，的质量减少，据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()。a bc d3结合下图判断，下列叙述正确的是()。a和中正极均被保护b和中负极反应均是fe2e=fe2c和中正极反应均是o22h2o4e=4ohd和中分别加入少量k3fe(cn)6溶液，均有蓝色沉淀4以kcl和zncl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是()。a未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程b因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系c电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率d镀锌层破损后对铁制品失去保护作用5(2012四川理综)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为ch3ch2oh4eh2o=ch3cooh4h。下列有关说法正确的是()。a检测时，电解质溶液中的h向负极移动b若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 l氧气c电池反应的化学方程式为：ch3ch2oho2=ch3coohh2od正极上发生的反应是：o24e2h2o=4oh6铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为feni2o33h2o=fe(oh)22ni(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feb电池放电时，负极反应为fe2oh2e=fe(oh)2c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)22oh2e=ni2o33h2o7(2012海南化学部分)肼(n2h4)空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为_。8如图为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320 左右，电池反应为2naxs=na2sx，正极的电极反应式为_。m(由na2o和al2o3制得)的两个作用是_。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的_倍。参考答案基础梳理整合一、1化学电2锌片铜片zn2e=zn2cu22e=cu氧化反应还原反应3(1)活泼性不同(2)电解质(3)闭合回路(或两电极接触)(4)氧化还原即时训练1b即时训练2答案：b银片：2ag2e=2ag铜片：cu2e=cu2二、1zn2e2oh=zn(oh)22znag2o=zno2ag3pbpbo2(1)pb2eso=pbso4pbo22e4hso=pbso42h2o(2)pbso42e=pbsopbso42h2o2e=pbo24hso4o24e4h=2h2o即时训练3b即时训练4答案：(1)变小变小(2)变小增大三、1(1)氧化还原(2)失电子2(1)非金属单质直接电解质溶液无有微弱氧化氧化电化学(2)水膜酸性较强(ph4.3)水膜酸性很弱或呈中性fe2e=fe22h2e=h2o22h2o4e=4ohfe2h=fe2h2吸氧腐蚀3(1)原电池负极正极电解阴极阳极即时训练5答案：导管中液面左低右高4h4e=2h22h2oo24e=4oh即时训练6a核心归纳突破【例11】答案：(1)co22e=coco2e=co2(2)形成闭合回路保持两边溶液电中性(3)108解析：乙图中正极反应：age=ag，当有1 mol电子通过时，有1 mol ag析出，即108 g。【例12】答案：(1)锂lie=li(2)2socl24e=4clsso2解析：分析反应的化合价变化，可知li失电子，被氧化，为还原剂，socl2得电子，被还原，为氧化剂。(1)负极材料为li(还原剂)，lie=li；(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2socl24e=4clsso2。【例2】答案：(1)2fe3cu=2fe2cu2(2)正极反应：2fe32e=2fe2负极反应：cu2e=cu2解析：(1)fe3具有强氧化性，可以把一些金属单质如铁、铜等氧化成相应的离子，fe3腐蚀铜制电路板利用的就是这个原理，反应的离子方程式是2fe3cu=2fe2cu2。(2)由反应2fe3cu=2fe2cu2可以判断出铜化合价升高，发生氧化反应，铜作负极，铁元素化合价降低，fe3发生还原反应，正极可以选用石墨棒，电解质溶液可以选用氯化铁溶液。回忆并仿照教材上的铜锌原电池装置，可以画出此原电池的装置图。实验探究拓展实验典例答案：(1)铝h2mg2oh2e=mg(oh)2(2)al4oh3e=al(oh)4o22h2o4e=4oh铝片中含有杂质，构成原电池解析：(1)由于mg比al活泼，在开始阶段形成的原电池中mg作负极，al作正极，电解质溶液为naoh溶液。mg失电子：mg2oh2e=mg(oh)2，h2o得电子：2h2o2e=h22oh，即al表面产生气泡，总反应式为mg2h2o=mg(oh)2h2。(2)随后阶段，电流表指针逆向偏转，说明al作负极，失电子：al4oh3e=al(oh)4，o2得电子：o22h2o4e=4oh。铝片表面气泡减少，但未消失，可能是铝片中含有的杂质与al形成原电池，杂质作正极，h2o得电子：2h2o2e=h22oh，产生少量气泡。演练巩固提升1c解析：生铁中含有碳，构成原电池加快了腐蚀速率，故a选项正确；用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈，是因为构成的原电池中fe作负极，加快了腐蚀速率，故b选项正确；在铁制品上镀铜时，镀件应为阴极，故c选项错；铁管上镶嵌锌块，构成的原电池中fe作正极，受到保护，故d选项正确。2b解析：由题意知：四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池，相连时，外电路电流从流向，则大于；相连时，为正极，则大于；相连时，有气泡逸出，则大于；相连时，的质量减少，则大于，b选项正确。3a解析：a项两个装置都是原电池，负极都是活泼金属，根据原电池原理可知，原电池对正极起到了保护作