原电池工作原理及其应用(一).ppt

原电池原理及其应用 一 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总反应式2 了解常见化学电源的种类及其工作原理3 了解金属发生电化学腐蚀的原因以及防护措施 知识回顾一 原电池的工作原理1 定义把 转化为 的装置 2 构成条件 1 具有两个 不同的电极 金属和金属或金属和非金属 2 具有 溶液 3 形成 或在溶液中相互 化学能 电能 活泼性 电解质 闭合回路 接触 3 原电池的两极负极 活泼性 的金属 发生 反应 正极 活泼性 的金属或导体 发生 反应 4 电极反应式的书写和电荷移动方向 1 电极反应式的书写负极 电极反应式 正极 电极反应式 电池反应 较强 氧化 较弱 还原 Zn Zn 2e Zn2 Cu 2H 2e H2 Zn 2H Zn2 H2 2 电荷移动方向电子由 释放 经 沿导线流入 电解质溶液中的 移向正极 在其表面得电子被 形成一个闭合回路 负极 外电路 正极 阳离子 还原 二 化学电源1 干电池锌 锰干电池的负极材料是 正极材料是 在负极上 失e 被氧化 在正极上 得e 被还原 锌片 石墨 Zn MnO2 2 铅蓄电池如铅蓄电池 H2SO4作电解液 1 放电时负极 正极 总反应 2 充电反应为电解过程 是放电反应的逆过程阴极 阳极 总反应 Pb SO42 2e PbSO4 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O PbSO4 2e Pb2 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 3 燃料电池 1 a 氢氧液体燃料电池 2H2 4e 4H O2 4H 4e 4H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4e 2O2 2H2O O2 4e 2O2 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 3 燃料电池b 氢氧固体燃料电池 2 CH4燃料电池 电解质为KOH负极 正极 总反应 3 CH3OH燃料电池 电解质为KOH负极 正极 总反应 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 2O2 4H2O 8e 8OH CH4 2O2 2OH CO32 3H2O 2CH3OH 16OH 12e 2CO32 12H2O 3O2 6H2O 12e 12OH 2CH3OH 3O2 4OH 2CO32 6H2O 三 金属的腐蚀与防护1 金属的腐蚀 1 概念金属与周围的空气或液体物质发生 反应而引起损耗的现象 2 分类一般分为 腐蚀和 腐蚀两种 氧化还原 化学 电化学 3 化学腐蚀金属跟接触到的 气体或液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀 4 电化学腐蚀 概念 的金属跟 接触时 因为发生 反应而引起的腐蚀 分类 氧化性 不纯 电解质溶液 原电池 a 析氢腐蚀在金属外面的水膜呈 性时发生析氢腐蚀 以钢铁为例 负极 Fe 正极 C 较强酸 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 b 吸氧腐蚀在金属外面的水膜 很弱或呈 或中性 溶解一定量 时发生吸氧腐蚀 以钢铁为例 负极 Fe 正极 C 总反应 氧化过程 脱水过程 酸性 碱性 O2 2Fe 4e 2Fe2 O2 2H2O 4e 4OH 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 2Fe OH 3 Fe2O3 nH2O 3 n H2O 2 金属的防护 1 改变金属的内部结构 使其成为防腐蚀金属 如制成 等 2 加防护层 如在金属表面 或表面钝化等方法 喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀 不锈钢 3 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 原理a 极 阴极 被保护的金属设备b 极 阳极 比被保护的金属活泼的金属 外加电流的阴极保护法 电解原理a 阴极 被保护的金属设备b 阳极 惰性电极 原电池 正 负 例1 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气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 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 答案 C 解析 正极发生还原反应 负极发生氧化反应 首先根据题意写出电池总反应式和正极反应式 用总反应式减正极反应式即得负极反应式 总反应式 2CH3OH g 3O2 g 2CO2 g 4H2O l 正极反应式 O2 g 4H aq 4e 2H2O l 负极反应式 CH3OH g H2O l 6e CO2 g 6H aq 变式1 某固体氧化物燃料电池 SOFC 以固体氧化物作为电解质 其中O2 可以在其内部自由通过 其工作原理如图所示 下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是 A 电极b为电池负极 电极反应式为O2 4e 2O2 B 固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C 若H2作为燃料气 则接触面上发生的反应为 H2 2OH 4e 2H H2OD 若C2H4作为燃料气 则接触面上发生的反应为 C2H4 8O2 12e 2CO2 2H2O 答案 D 解析 A项 电极b上通入的空气或氧气 是得电子的物质 故b应为电池的正极 B项 电子无法通过电解质溶液 即电子只能通过外电路 C项 由于该固体氧化物燃料电池中没有H2O 更没有H 和OH H2失电子后 与O2 结合起来生成H2O 电极反应式应为H2 O2 2e H2O D项 C2H4作为燃料气 失去e 后 再与O2 结合 会生成CO2和H2O两种物质 即 C2H4 8O2 12e 2CO2 2H2O 例2 下列有关电池的说法不正确的是 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 答案 B 解析 本题考查实用电池的有关知识 手机用电池是可充电电池 A对 铜锌原电池 Cu为正极 Zn为负极 外电路中电子由负极流向正极 B错 燃料电池将化学能转化为电能 C对 锌锰干电池 Zn为负极 D对 变式2 新型高能钠硫电池以熔融的钠 硫为电极 以钠离子导电的陶瓷为固体电解质 该电池放电时为原电池 充电时为电解池 反应原理为 2Na xS Na2Sx 请回答下列问题 1 放电时S发生 反应 Na为 极 2 充电时Na所在电极与直流电源 极相连 3 充电时阳极反应为 放电时负极反应为 4 用此电池电解饱和NaCl溶液 当阳极产生11 2L 标准状况 气体时 消耗金属钠 g 还原 负 负 2Na 2e 2Na 23 Xs 2e Sx2 解析 作为原电池 放电 时 金属Na为电池的负极 失电子 发生氧化反应 2Na 2e 2Na S作为正极 得电子 发生还原反应 xS 2e Sx2 电池充电时是作为电解池 Na 在Na所在电极得电子 发生还原反应 该电极为阴极 与直流电源的负极相连 Sx2 在阳极失电子 发生氧化反应 Sx2 2e xS 用此电池电解饱和NaCl溶液 阳极有11 2L气体 Cl2 生成时 即有1mole 转移 所以消耗1mol 即23g金属钠 例3 2010 北京卷 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 A 钢管与电源正极连接 钢管可被保护B 铁遇冷浓硝酸表面钝化 可保护内部不被腐蚀C 钢管与铜管露天堆放在一起时 钢管不易被腐蚀D 钢铁发生析氢腐蚀时 负极反应是Fe 3e Fe3 答案 B 解析 本题考查金属的腐蚀和防护 意在考查考生对金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用 钢管与电源正极相连 则钢管作阳极 发生氧化反应而被腐蚀 A项错误 铁遇冷浓硝酸表面钝化 在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀 B项正确 钢管与铜管露天堆放在一起 形成原电池时钢管作负极 发生氧化反应而被腐蚀 C项错误 钢铁发生析氢腐蚀时 负极反应为 Fe 2e Fe2 D项错误 变式3 钢铁生锈过程发生如下反应 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 2Fe OH 3 Fe2O3 3H2O 下列说法正确的是 A 反应 中电子转移数目相等B 反应 中氧化剂是氧气和