高考化学 6.2 原电池 金属的腐蚀与防护课件 苏教版.ppt

第二单元原电池金属的腐蚀与防护 三年26考高考指数 1 了解原电池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 了解常见的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1 概念 把 转化为 的装置 2 构成条件 1 有两个 的电极 常见为金属或石墨 2 将电极插入 中 3 两电极间构成 化学能 电能 活泼性不同 电解质溶液 闭合回路 3 工作原理如图是cu zn原电池 请填空 1 电极 负极为 正极为 zn cu 2 电极反应 负极 正极 3 电子方向和电流方向 电子从 流出经外电路流入 电流从 流出经外电路流入 4 离子的迁移方向 电解质溶液中 阴离子向 迁移 阳离子向 迁移 zn 2e zn2 cu2 2e cu 负极 正极 正极 负极 负极 正极 5 两种装置的比较 装置 中还原剂zn与氧化剂cu2 直接接触 易造成能量损耗 装置 能避免能量损耗 装置 中盐桥的作用是提供离子迁移通路 二 化学电源的种类及其工作原理1 一次电池 不能反复使用 1 碱性锌锰干电池 2mno2 2h2o 2e 2mnooh 2oh zn 2oh 2e zn oh 2 2 银锌钮扣电池 负极 zn 电极反应式 正极 ag2o 电极反应式 电池反应方程式 zn 2oh 2e zn oh 2 ag2o h2o 2e 2ag 2oh zn ag2o h2o zn oh 2 2ag 2 二次电池 可多次充放电 以铅蓄电池为例 1 放电时的反应 负极反应 正极反应 总反应 pb pbo2 4h 2so42 2pbso4 2h2o pb so42 2e pbso4 pbo2 4h so42 2e pbso4 2h2o 2 充电时的反应 阴极反应 阳极反应 总反应 2pbso4 2h2o pb pbo2 4h 2so42 pbso4 2e pb so42 pbso4 2h2o 2e pbo2 4h so42 3 燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池 可分为酸性和碱性两种 2h2 4e 4h 2h2 4oh 4e 4h2o o2 4h 4e 2h2o o2 2h2o 4e 4oh 三 金属的腐蚀与防护1 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 现象 条件 本质 区别 无电流产生 金属被腐蚀 金属与接触到的物质直接反应 不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应 m ne mn 较活泼金属被腐蚀 有电流产生 注 通常两种腐蚀同时存在 但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多 危害也更严重 2 钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀 水膜性质 fe 2h fe2 h2 fe 2e fe2 2fe o2 2h2o 2fe oh 2 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 32fe oh 3 fe2o3 xh2o 3 x h2o 弱酸性或中性或碱性 酸性 负极反应 正极反应 2h 2e h2 2h2o o2 4e 4oh 总反应 其他反应 注 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 3 金属的防护 1 牺牲阳极的阴极保护法利用 2 外加电流的阴极保护法利用 3 改变金属内部结构 如制成不锈钢 4 加保护层 如电镀 喷漆 覆膜等 原电池原理 电解池原理 1 不是所有化学反应都可以设计成原电池 分析 正确 只有氧化还原反应才可以设计成原电池 2 原电池的两电极中 通常较活泼的电极一定为负极 分析 错误 不一定 如铝 镁和naoh溶液构成的原电池 铝作原电池的负极 镁作原电池的正极 3 燃料电池的反应条件是燃烧 分析 错误 燃料电池利用的是可燃物燃烧这一氧化还原反应 但绝不是燃烧 4 可充电电池中的电极反应是可逆反应 分析 错误 可充电电池的充电与放电不是在相同条件下发生的 故它不是可逆反应 5 外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极 分析 错误 接直流电源的正极相当于电解池的阳极 发生氧化反应 使金属腐蚀得更快 原电池的构成及电极反应式的书写1 原电池的构成 两极一液一回路 2 正 负极的判断 3 电极反应式的书写 1 一般电极反应式的书写 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 列出参加反应的微粒和得失电子数 在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物 即h oh h2o等是否参加反应 遵守电荷守恒 质量守恒 电子守恒 两电极反应式相加 与总反应式对照验证 2 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 ch4 2o2 co2 2h2o 总反应式2o2 8h 8e 4h2o 正极反应式ch4 2h2o 8e co2 8h 负极反应式 拓展延伸 原电池正负极的其他判断方法 1 根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动判断 在原电池的电解质溶液中 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 2 根据电池总反应判断 反应中的还原剂是负极的活性物质 对应的电极为负极 氧化剂则是正极上得电子的活性物质 对应的电极为正极 高考警示钟 1 负极本身不一定都参加反应 如燃料电池中 作为负极的材料本身并不参加反应 2 不注意电解质溶液的成分 容易误写电极反应式 如al负极 在酸性溶液中生成al3 在碱性溶液中生成alo2 3 在原电池中离子移动方向容易误判 阳离子移向正极 阴离子移向负极 典例1 生物燃料电池 bfc 是以有机物为燃料 直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池 其能量转化效率高 是一种真正意义上的绿色电池 其工作原理如图所示 已知c1极的电极反应式为 c2h5oh 3h2o 12e 2co2 12h 下列有关说法不正确的是 a c1极为电池负极 c2极为电池正极b 电子由c2极经外电路导线流向c1极c c2极的电极反应式为o2 4h 4e 2h2od 该生物燃料电池的总反应式为 c2h5oh 3o2 2co2 3h2o 解题指南 解答本题时应注意以下两点 1 燃料电池中通入燃料的一极一定为负极 2 正极产生的oh 要与溶液中的h 反应 解析 选b 燃料电池中 通入燃料的一极为负极 发生氧化反应 通入氧气的一极为正极 发生还原反应 a c项正确 电子由负极经外电路流向正极 b项错误 技巧点拨 燃料电池的电极判断及电极反应式的书写 1 作为燃料电池 充入氧气的一极一定是正极 充入燃料的一极为负极 2 书写正负电极反应时 要先写简单的一极 如燃料电池 一般先写正极反应 当介质为碱性时 电极反应式为2h2o o2 4e 4oh 当介质为酸性溶液时 电极反应式为4h o2 4e 2h2o 然后用总反应减去该电极反应 即可得出另一极反应 前提是电量守恒 变式训练 2011 海南高考改编 根据如图 下列判断中正确的是 a fe极作负极b 烧杯b中发生氧化反应c 烧杯a中发生的反应为2h 2e h2 d 烧杯b中发生的反应为2cl 2e cl2 解析 选b zn比fe活泼 所以zn作负极 发生氧化反应 电极反应式为 zn 2e zn2 故a d错误 fe作正极 氧气在该电极上发生还原反应 电极反应式为 2h2o o2 4e 4oh c错 变式备选 mcfc型燃料电池可同时供应电和水蒸气 其工作温度为600 700 所用燃料为h2 电解质为熔融的k2co3 该电池的总反应式为 2h2 o2 2h2o 负极反应为 h2 co32 2e h2o co2 则下列推断中 正确的是 a 正极反应为4oh 4e 2h2o o2 b 当电池生成1mol水时 转移4mol电子c 放电时co32 向负极移动d 通h2的一极为负极 发生还原反应 解析 选c a项 正极反应应有o2参加 故a错误 b项 根据总电极反应式可知 当生成1mol水时 转移2mol电子 b错误 c项 因负极上氢气失电子 从而负极带上了正电荷 故放电时co32 向负极移动 c正确 d项 通h2的一极为负极 发生氧化反应 d错误 原电池工作原理的应用1 比较金属的活动性强弱原电池中 一般活动性强的金属作负极 而活动性弱的金属 或非金属 作正极 如有两种金属a和b 用导线将a和b连接后 插入到稀硫酸中 一段时间后 若观察到a极溶解 而b极上有气体放出 则说明a作负极 b作正极 则可以断定金属活动性a b 2 加快化学反应速率由于形成了原电池 导致反应速率加快 如zn与稀硫酸反应制氢气时 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成cu zn原电池 加快反应进行 3 用于金属的防护使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护 例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁 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要紧扣构成原电池的三个条件 1 首先将已知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 负极就是失电子的物质 正极用比负极活泼性差的金属即可 也可以用石墨 及电解质溶液 电极材料的选择在原电池中 选择活泼性较强的金属作为负极 活泼性较弱的金属或非金属作为正极 并且原电池的电极必须导电 一般来说 负极应该跟电解质溶液发生反应 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 如溶解于溶液中的空气 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选择与电极材料相同的阳离子 如在cu zn 硫酸构成的原电池中 负极zn浸泡在含有zn2 的电解质溶液中 而正极cu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2fe3 cu 2fe2 cu2 设计原电池 负极 cu 2e cu2 正极 2fe3 2e 2fe2 高考警示钟 1 能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应 吸热反应不可能将化学能转化为电能 2 利用原电池原理可加快制氢气的速率 但可能影响生成氢气的量 需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量 3 设计原电池时 负极材料确定之后 正极材料的选择范围较广 只要合理都可以 典例2 某校化学研究性学习小组欲设计实验验证fe cu的金属活动性 他们提出了以下两种方案 请你帮助他们完成有关实验项目 方案 有人提出将大小相等的铁片和铜片 分别同时放入稀硫酸 或稀盐酸 中 观察产生气泡的快慢 据此确定它们的活动性 该原理的离子方程式为 方案 有人利用fe cu作电极设计成原电池 以确定它们的活动性 试在下面的方框内画出原电池装置图 标出原电池的电极材料和电解质溶液 并写出电极反应式 正极 负极 方案 结合你所学的知识 帮助他们再设计一个验证fe cu活动性的简单实验方案 与方案 不能雷同 用离子方程式表示其反应原理 解题指南 解答该题可考虑以下两点 1 两种金属作电极构成原电池时 活泼性强的金属作负极 2 根据单质与盐的置换反应可以证明fe和cu的活泼性 解析 方案 铁可以和稀硫酸 或稀盐酸 反应生成h2 而cu在金属活动性顺序表中位于h的后面 不能置换出酸中的氢 方案 利用原电池原理证明金属活动性fe cu 可以把铁片作为原电池的负极 铜片作为原电池的正极 稀硫酸作电解质溶液 按要求组成闭合回路 画出装置图 并写出相应的电极反应式 也可以设计盐桥组成原电池 方案 可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活泼性 把铁片插入cuso4溶液中观察现象 答案 fe 2h fe2 h2 正极 2h 2e h2 或cu2 2e cu负极 fe 2e fe2 把一个光洁的铁片插入到cuso4溶液中 观察现象fe cu2 fe2 cu 互动探究 在以上题目中 是通过设计原电池 利用原电池的工作原理 验证了铁的金属活动性强于铜 但是 是否铁与铜分别作电极构成的原电池中 铁一定作为原电池的负极呢 提示 不一定 用铁 铜和浓硝酸构成的原电池中 因铁在常温下和浓硝酸发生钝化 故它不再继续发生氧化反应 而铜则容易和浓硝酸发生氧化反应 表现为失电子 故铜成为了原电池的负极 铁成为了原电池的正极 1 下列关于原电池的叙述正确的是 a 构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属b 原电池是将化学能转变为电能的装置c 原电池中电子流出的一极是负极 该极被还原d 原电池放电时 电流的方向是从负极到正极 解析 选b a项 构成原电池的正极和负极可以是两种不同的金属 也可以是一种金属 一种非金属 b项 原电池是将化学能转变为电能的装置 c项 原电池中电子流出的一极是负极 该极被氧化 d项 原电池放电时 电流的方向是从正极到负极 2 下列图示装置属于原电池的是 解析 选b 原电池的形成条件之一就是存在活动性不同的两种金属或金属 非金属 故a错误 另一条件是存在电解质溶液或两电极直接接触 故c错误 再者就是构成闭合回路 d项 没有构成闭合回路 d错误 3 2012 温州模拟 下列有关电化学的说法正确的是 a 燃料电池是将燃料燃烧产生的热能直接转变为电能b 铅蓄电池在放电时 正极发生的反应是pb s so42 aq 2e pbso4 s c 电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法 可防止阴极室产生的cl2进入阳极室d 钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的ph不同 引起的正极反应不同 解析 选d 燃料电池可将可燃物和o2反应过程中的能量转变为电能 而不是燃烧产生的热能直接转变为电能 a错 铅蓄电池的正极反应为 pbo2 2e so42 4h pbso4 2h2o b错 电解饱和食盐水时 cl2是阳极产物 c错 钢铁的两种电化学腐蚀取决于水膜的ph 发生不同的正极反应 d正确 4 x y z w4块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池 x y相连时 x为负极 z w相连时 电流方向是w z x z相连时 z极上产生大量气泡 w y相连时 w极发生氧化反应 据此判断4种金属的活动性顺序是 a x z w yb z x y wc x y z wd y w z x 解析 选a 由 x y相连时 x为负极 z w相连时 电流方向是w z 得出金属活动性顺序为x y z w 再由 x z相连时