高考化学专题复习 专题七 第二单元原电池 金属的腐蚀与防护课件 新人教版.ppt

1 了解原电池的工作原理 2 能够熟练书写电极反应式和电池反应式 3 了解原电池原理在生产 生活和科技领域的应用 4 熟悉几种常见化学电源的组成和工作原理 5 了解金属发生化学腐蚀的原理 6 了解金属防护的方法 第二单元原电池 金属的腐蚀与防护 1 装置特点转化为 2 原电池的电极原电池的负极 金属 发生反应 向外电路提供电子原电池的正极 金属 或石墨 发生反应 接受外电路提供的电子 化学能 电能 活泼 氧化 不活泼 还原 3 原电池的构成条件 1 能自发地发生 2 电解质溶液 构成电路或参加反应 3 由还原剂和导体构成极系统 由氧化剂和导体构成正极系统 4 形成 两电极接触或用导线连接 氧化还原反应 负 闭合回路 4 原电池工作原理 以cu zn h2so4溶液构成的原电池为例 原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示 想一想 在原电池反应中活泼金属是否一定做负极 答 不一定 原电池反应中的氧化反应与还原反应的发生与电解质溶液的组成有关 例如 铝 镁与naoh溶液构成原电池中铝是负极 al和cu 浓硝酸构成的原电池中铜是负极 因为铝在浓硝酸中易钝化 1 一次电池 如碱性锌锰电池 电解质溶液为koh溶液 负极 正极 电池反应的总反应式为 zn 2oh zn oh 2 2e 2mno2 2h2o 2e 2mno oh 2oh zn 2mno2 2h2o 2mno oh zn oh 2 铅蓄电池 用硫酸作电解质溶液 负极 正极 电池反应的总反应 充电时 电解池 阳极 阴极 总反应式 pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o pbso4 2h2o pbo2 4h so 2e pbso4 2e pb so 2 二次电池 2pbso4 2h2opb pbo2 2h2so4 3 燃料电池氢氧燃料电池 1 酸性电解质溶液 负极 正极 电池总反应式 h2 2h 2e o2 2h 2e h2o h2 o2 h2o 2 碱性电解质溶液 负极 正极 电池总反应式 想一想 1 燃料电池在工作时燃烧吗 答 不燃烧 因为燃料电池的原料是在两极分别发生氧化反应和还原反应 而不是直接进行得失电子的反应 2 还有哪些燃料电池 答 用甲醇 乙醇与氧气组成燃料电池 co ch4等也可构成燃料电池 1 金属腐蚀是指金属与周围接触到的空气或液体发生反应而引起损耗的现象 2 金属腐蚀可以分为和 化学腐蚀是金属跟接触到的氧化性气体或氧化性液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀 而电化学腐蚀是指不纯的金属或合金跟溶液接触时 因发生反应而发生的腐蚀 氧化还原 电化学腐蚀 化学腐蚀 电解质 原电池 3 金属发生电化学腐蚀 可分为腐蚀和腐蚀 两者的本质相同 但正极反应不同 即析氢腐蚀的正极反应为 而吸氧腐蚀的正极反应为 4 金属防护的措施有 1 制成 2 涂盖 3 牺牲阳极的阴极保护法 4 外加电流的阴极保护法 原理 析氢 吸氧 合金 防护层 原电池原理 电解 o2 2h2o 4e 4oh 2h 2e h2 想一想 金属发生化学腐蚀和电化学腐蚀的最主要区别是什么 答 电化学腐蚀过程中有电流产生 而化学腐蚀过程中无电流产生 例1 2009 浙江理综 12 市场上经常见到的标记为li ion的电池称为 锂离子电池 它的负极材料是金属锂和碳的复合材料 碳作为金属锂的载体 电解质为一种能传导li 的高分子材料 这种锂离子电池的电池反应式为 li 2li0 35nio22li0 85nio2下列说法不正确的是 a 放电时 负极的电极反应式 li e li b 充电时 li0 85nio2既发生氧化反应又发生还原反应c 该电池不能用水溶液作为电解质溶液d 放电过程中li 向负极移动解析 a项 放电时li为负极 发生氧化反应 b项 充电时li0 85nio2既是氧化剂 又是还原剂 c项 用水作电解质时 li与水反应 d项 放电时 正极得电子而吸引阳离子li 答案 d 书写电极反应式时 要根据电极材料 电解质溶液分析电极反应和电极产物 写出电极反应式 还要注意电子守恒 1 负极为活泼金属时 一般失去电子形成可溶性稳定价态阳离子 或进入溶液 或与电解质发生反应 若为燃料电池 负极一般不参与反应 可燃气体失去电子 形成稳定的氧化产物 或进一步与电解质溶液反应 2 正极上 一般是溶液中氧化性最强的微粒获得电子被还原 生成稳定的还原产物 或进一步与电解质溶液反应 注意 1 先确定原电池正负极上的反应物质 并标出相同数目电子的得失 2 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存 若不共存 则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式 若正极上的反应物质是o2 且电解质溶液为中性或碱性 则h2o必须写入正极反应式中 且o2生成oh 若电解质溶液为酸性 则h 必须写入正极反应式中 且o2生成h2o 若在熔融盐电解质中反应 则o2可能得电子变成o2 3 正负电极反应式相加得到电池反应的总方程式 若能写出已知电池反应的总方程式 可以减去较易写出的电极反应式 依据电子守恒 从而得到较难写出的电极反应式 1 将等质量的两份锌粉a b分别加入过量的稀硫酸 同时向a中加少量cuso4溶液 下列各图中产生h2的体积vl与时间tmin的关系 基本正确的是 解析 由于zn cuso4 znso4 cu 形成cu zn原电池 反应速度加快 由于zn与cuso4反应 与h 反应的zn的质量减小了 h2的体积减小 a中反应速率大但放出的h2少 答案 a 2 2009 福建理综 11 控制适合的条件 将反应2fe3 2i 2fe2 i2设计成如图所示的原电池 下列判断不正确的是 a 反应开始时 乙中石墨电极上发生氧化反应b 反应开始时 甲中石墨电极上fe3 被还原c 电流计读数为零时 反应达到化学平衡状态d 电流计读数为零后 在甲中溶入fecl2固体 乙中的石墨电极为负极 解析 由反应2fe3 2i 2fe2 i2可知 反应开始时甲中fe3 发生还原反应 乙中i 发生氧化反应 电流计读数为零 说明单位时间内由甲流向乙的电子数与由乙流向甲的电子数相等 生成fe3 的物质的量与消耗的fe3 的物质的量相等 则反应达到了平衡状态 此时在甲中溶入fecl2固体 则平衡向逆反应方向移动 乙中i2发生还原反应 则乙中石墨电极为正极 故选d 答案 d 3 1 将al片和cu片用导线相连 插入稀h2so4中组成原电池 写出电极名称及电极反应式 al片 cu片 2 若将al片和cu片用导线相连 插入浓hno3中能否组成原电池 填 能 或 不能 若不能 则不用回答下面的问题 若能组成原电池 写出电极名称及电极反应式 al片 cu片 解析 1 al片和cu片用导线相连 插入稀h2so4中时 al比cu活泼 al为负极 失电子被氧化为al3 cu为正极 溶液中的h 得电子被还原为h2 2 al片和cu片用导线相连 插入浓hno3中时 由于铝钝化 不能溶解 al为正极 cu为负极 失电子被氧化为cu2 答案 1 负极2al 6e 2al3 正极6h 6e 3h2 2 能正极2no 4h 2e 2no2 2h2o负极cu 2e cu2 例2 2009 江苏单科 12 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示 关于该电池的叙述正确的是 a 该电池能够在高温下工作b 电池的负极反应为 c6h12o6 6h2o 24e 6co2 24h c 放电过程中 h 从正极区向负极区迁移d 在电池反应中 每消耗1mol氧气 理论上能生成标准状况下co2气体l 解析 该燃料电池的原理为c6h12o6 6o2 6co2 6h2o 根据总反应方程式可书写出电极反应方程式 负极为c6h12o6 6h2o 24e 6co2 24h 正极为6o2 24e 24h 12h2o 从电极反应方程式易知h 应从负极区移向正极区 从总反应方程式可见每生成1molco2消耗1molo2 答案 b 1 原电池反应可加快化学反应速率如实验室中用zn和稀h2so4制取h2时 常加入少量cuso4 cuso4与zn发生置换反应生成cu 从而构成cu zn原电池加快h2的产生速率 2 判断金属的活动性顺序金属活动性顺序的判断 1 根据相同状态下的金属原子失去一个电子所需要的能量判断 需要吸收的能量越大 其活动性越弱 根据相同条件下 同一种酸的盐溶液的ph大小来判断 ph越大 其金属的活动性越强 2 根据相同条件下 与水或酸反应的剧烈程度来判断 反应越剧烈 其金属的活动性越强 3 根据置换反应的规律来判断 活泼金属将不活泼金属从它的盐溶液中置换出来 根据金属的冶炼方法判断 活动性顺序一般为 可用热分解法冶炼的金属 可用热还原法冶炼的金属 只能用电解法冶炼的金属 4 根据原电池正 负极来判断 一般作为负极的金属活动性强于正极金属 一般情况 4 一种燃料电池中发生的化学反应为 在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳 该电池负极发生的反应是 a ch3oh g o2 g h2o l co2 g 2h aq 2e b o2 g 4h aq 4e 2h2o l c ch3oh g h2o l co2 g 6h aq 6e d o2 g 2h2o l 4e 4oh 解析 甲醇燃料电池是甲醇在负极发生氧化反应 氧气在正极发生还原反应 故b d错误 a项不是电极反应式 答案 c 5 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 若将fecl3溶液腐蚀印刷电路铜板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 解析 因该反应是氧化还原反应 可设计成原电池 cu做负极 石墨做正极 fecl3溶液做电解质溶液 负极反应 cu cu2 2e 正极反应 2fe3 2e 2fe2 答案 右图 2fe3 2e 2fe2 cu cu2 2e 例3 2009 上海单科 13 右图装置中 u型管内为红墨水 a b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液 各加入生铁块 放置一段时间 下列有关描述错误的是 a 生铁块中的碳是原电池的正极b 红墨水柱两边的液面变为左低右高c 两试管中相同的电极反应式是 fe 2e fe2 d a试管中发生了吸氧腐蚀 b试管中发生了析氢腐蚀 解析 fe与c及电解质溶液形成原电池 fe是负极 fe 2e fe2 c是正极 在a中发生吸氧腐蚀 a中压强减小 b中发生析氢腐蚀 b中压强增大 红墨水柱液面是左高右低 答案 b 1 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面 就金属本性来说 金属越活泼 就越容易失去电子而被腐蚀 介质对金属的腐蚀的影响也很大 如果金属在潮湿的空气中 接触腐蚀性气体或电解质溶液 都容易被腐蚀 2 金属的腐蚀主要是电化学腐蚀 3 判断金属腐蚀快慢的规律 1 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护腐蚀措施的腐蚀 2 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大 腐蚀越快 4 对同一种电解质溶液一般来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 6 下列各装置中都盛有0 1mol l 1的nacl溶液 放置一定时间后 装置中的四块相同锌片 腐蚀速率由快到慢的正确顺序是 a b c d 解析 金属腐蚀速率一般为 作电解池的阳极 作原电池的负极 化学腐蚀 作原电池的正极 作电解池的阴极 所以 最快 因为zn作阳极 最慢 因为zn作阴极 答案 d 7 家用炒菜铁锅用水清洗放置后 出现红棕色的锈斑 某同学拟对其原理及条件进行分析 1 该同学准备了下列实验用品 20 nacl溶液 蒸馏水 酚酞试液 kscn溶液 新制氯水 纯铁丝 碳棒 u形管 导线等 请你帮他设计一个实验方案来验证钢铁吸氧腐蚀的电极产物 简述操作过程并写出溶液中有关反应的离子方程式 2 将一铜棒 碳棒用导线连接后 插入内盛20 氯化钠溶液的u形管中 请根据此装置在下列两项中择一回答 若不是原电池 请说明原因 如果回答此题 下面的 不用回答 若是原电池 现要求利用此装置 电极材料 溶液浓度均不变 采取适当的措施来提高电池的放电效率 该操作可以是 3 目前我国许多大型铜质文物露天放置腐蚀严重 在不影响观瞻效果的条件下 除用加保护层法保护外 请你再提出一项简单而有效的保护方法并简述其保护原理 思路分析 在认真领会题意的基础上 根据原电池的原理将金属的电化学腐蚀放大成一个一般原电池装置 以便于分析和理解 另外 在具体解题时注意题设条件及有关限制 解析 1 为加速腐蚀应选用20 nacl溶液为电解质溶液 以纯铁丝和碳棒做两极 分别针对两极产物fe2 和oh 进行检验 2 具备构成原电池的基本条件 在正极上发生还原反应的是空气中的o2 3 在众多限制下 只能考虑电化学保护法 答案 1 用导线连接铁丝和碳棒后插入盛有20 nacl溶液的u形管中 放置数分钟 向插入铁丝的一端滴入1 2滴kscn溶液未显色 再滴入氯水显红色 证明负极有fe2 生成 相关离子方程式为 2fe2 cl2 2fe3 2cl fe3 3scn fe scn 3 向插入碳棒的一端滴入酚酞溶液 溶液显红色 证明有oh 生成 2 向插入碳棒的溶液中通入氧气或空气 3 将铁块 或锌块 连接文物底座并埋入地下 定期更换 原理是 使文物成为原电池的正极 或使铜文物用导线连接直流电源的负极 正极用导线连接埋入地下的导体 原理是 使文物成为电解池的阴极 原电池是化学能转化为电能的重要装置 随着新型化学电源的发明和使用 更多的新信息 新材料成为高考化学命题的重要素材 应注重原理的复习 例题 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 4oh 4e 2h2o o2 c 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 审题视点 1 明确装置的结构特点 便于判断电极 2 注意电解质溶液 便于判断电极反应式的正误 3 区分原电池反应式和电解反应式的不同之处 思路点拨 本题主要考查原电池的电极判断 电极反应式的书写及电极产物的确定 a电极上发生反应 2h2 4e 4h 是负极 b电极上发生反应 o2 2h2o 4e 4oh 是正极 氢氧燃料电池的能量效率较高 而且产物h2o是一种无污染物质 是一种具有应用前景的绿色电源 氢氧燃料电池通入h2 o2就能工作 无需将h2 o2储藏在电池内部 正确答案 b 错因分析1 不了解电池反应中负极和正极反应物 2 不能正确判断电极反应式 高考命题更注重多个知识点的整合 电化学知识与元素化合物 电解质溶液相结合是命题的一个新的课题 复习时要加强不同知识点间的联系 例题 8分 金属镁在目前的汽车 航天 航空 机械制造 军事等产业中得到迅猛发展 1 目前市场上某些品牌笔记本电脑 如神舟电脑 ibm电脑等 的外壳一改以往的有机合成材料 而使用镁铝合金 钛铝合金等材料 镁铝合金材料在电脑上代替有机合成材料的目的是 a 降低成本b 增强美观c 利于散热d