高二化学 第3节：化学能转化为电能－电池知识精讲 鲁科版

专心 爱心 用心1 高二化学高二化学 第第 3 3 节 化学能转化为电能 电池知识精讲节 化学能转化为电能 电池知识精讲 鲁科版鲁科版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 第 3 节 化学能转化为电能 电池 教学目的 1 掌握原电池的工作原理 会写典型原电池反应 2 了解不同类型的化学电源的工作原理 3 理解金属电化学腐蚀的原理和类型 4 掌握金属防护的方法以及金属的电化学防护原理 二 重点 难点 原电池的工作原理及金属电化学腐蚀的原理 知识分析 一 原电池的工作原理 一 原电池的工作原理 1 原电池定义 能把化学能转化为电能的装置叫做原电池 2 原电池工作原理 具有还原性的物质在一个电极上失去电子发生氧化反应 失去的电 子通过导线流向另一电极 在该电极上具有氧化性的物质接受电子发生还原反应 从而形 成电子的定向运动 也就形成了电流 3 构成条件 两个物质条件和两个关系条件 两个物质条件 两个电极和电解质溶液或熔融状态的电解质 两个关系条件 两电极要直接或间接相连 两电极要同时与同一电解质溶液相接触 4 两电极的判断方法 判判断断方方法法 负负极极 正正极极 发发生生反反应应类类型型 氧氧化化反反应应 还还原原反反应应 电电子子得得失失情情况况 失失去去电电子子 获获得得电电子子 电电子子流流向向 电电子子流流出出极极 电电子子流流入入极极 5 电极反应和电池反应 电极上物质的变化情况以及电子的转移情况可用电极反应式来表明 在原电池中 氧 化反应和还原反应是在两个电极上分别进行的 每个电极上只发生一个方向的电子转移 相当于氧化还原反应的一半 常称为半反应半反应 这种在电极上进行的半反应叫做电极反应电极反应 电极反应总是涉及含有同一元素的不同价态的两种物质 一种处于较高价态 另一种处于 较低价态 通常用单箭头表示这种有确定电子流向的电极反应 以 Cu Zn H2SO4 原电池为例 负极反应 Zn Zn2 2e 氧化反应 正极反应 2H 2e H2 还原反应 电池总反应 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 化学方程式 Zn 2H Zn2 H2 离子方程式 6 闭合电路 具有还原性的物质失去的电子从原电池的负极出发 通过导线流向原电池 的正极 在该电极上具有氧化性的物质获得电子发生还原反应 与此同时 根据在同一闭 专心 爱心 用心2 合回路中同性电荷运动方向相同而异性电荷运动方向相反的规律 在电解质溶液中 阴离 子移向负极 阳离子移向正极 从而在两部分导体中形成闭合回路 如下图所示 二 化学电源 能作为化学电源的是实用的原电池 二 化学电源 能作为化学电源的是实用的原电池 电池有一次性电池 可充电电池和燃料电池等 1 一次性电池只能放电不能充电 如锌锰干电池锌锰干电池 2 可充电电池也称为二次电池 可以反复充电 放电 充电时是一个电解池 外加直流 电使电池内发生原电池反应的逆反应 将电能转化为化学能储存起来 如铅蓄电池铅蓄电池 3 燃料电池并不是通过燃料的直接燃烧来发电的 而是通过燃料气体 如氢气 甲烷 甲醇 乙醇等 与氧气分别在两个电极上发生电极反应 将化学能转化为电能 燃料电池 由于反应产物中只有水 不产生任何污染而备受关注 燃料电池具有能量利用率高 可连 续使用 污染小等优点 成为很有发展前景的一种化学电源 如氢氧燃料电池氢氧燃料电池 上述三种电池的实际构造和电极反应式见教材 三 金属的腐蚀和防护 三 金属的腐蚀和防护 1 金属腐蚀的定义 金属或者合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗 的过程 2 金属腐蚀的分类 金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀 两者的异同见下表 化化学学腐腐蚀蚀 电电化化学学腐腐蚀蚀 定定义义 金金属属直直接接与与氧氧化化性性试试剂剂发发生生电电子子 转转移移而而造造成成的的金金属属腐腐蚀蚀 不不纯纯的的金金属属或或合合金金与与电电解解质质溶溶液液接接 触触 由由于于形形成成原原电电池池而而使使较较活活泼泼金金 属属受受到到的的腐腐蚀蚀称称为为电电化化学学腐腐蚀蚀 条条件件 不不能能构构成成原原电电池池 一一般般是是干干燥燥的的 环环境境 构构成成原原电电池池 现现象象 无无微微电电流流产产生生 有有微微电电流流产产生生 本本质质 金金属属被被氧氧化化 金金属属被被氧氧化化 3 电化腐蚀的分类 根据环境的不同 电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀 两者 的异同见下表 以铁的腐蚀为例 析析氢氢腐腐蚀蚀 吸吸氧氧腐腐蚀蚀 电电解解质质溶溶液液 较较强强的的酸酸性性 弱弱酸酸性性 中中性性或或碱碱性性 负负极极反反应应 Fe Fe2 2e Fe 2OH Fe OH 2 2e 正正极极反反应应 2H 2e H2 O2 2H2O 4e 4OH 电电池池总总反反应应 Fe H2SO4 FeSO4 H2 假假设设电电解解质质是是 H2SO4 2Fe O2 2H2O 2 Fe OH 2 4 金属的防护 专心 爱心 用心3 1 改善内部结构 如不绣钢 2 加保护层 如油漆 搪瓷 塑料 油脂 凡士林 镀层 电镀 热镀 喷镀 致 密氧化膜 3 电化保护法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电源保护法 4 金属腐蚀快慢判断 电解引起 电化学腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 典型例题典型例题 例题 1 构成原电池的化学反应必须具备的特点是 A 氧化还原反应 B 复分解反应 C 反应的焓变小于零 D 反应的焓变大于零 解析 解析 原电池是化学能转化为电能的装置 发生的反应必定是放热反应 即反应的焓 变小于零 只有氧化还原反应才有电子的转移 答案 答案 AC 点评 点评 本题考查原电池反应的两个条件 例题 2 请根据化学反应 Fe 2FeCl3 3 FeCl2设计一个原电池 并写出电极反应 解析 解析 先分析氧化还原反应 Fe 2FeCl3 3FeCl2 Fe 发生了氧化反应 FeCl3 发生了 还原反应 Fe 在负极上发生反应 FeCl3在正极上发生反应 Fe 本身可以充当电极 FeCl3 不能充当电极 需找一种惰性电极可以用石墨电极 以 FeCl3 溶液做电解质溶液 答案 答案 负极材料为 Fe 正极材料为石墨 电解质溶液为 FeCl3 溶液 点评 点评 原电池的正 负极与电解质溶液的确定要依靠相关概念 例题 3 碱性电池具有容量大 放电电流大的特点 故得到广泛应用 锌锰碱性电池以 KOH 溶液为电解液 电池总反应式为 Zn s 2 MnO2 s H2O 1 Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是 A 电池工作时 锌失去电子 B 电池正极的电极反应式为 2 MnO2 s H2O 1 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时 电子由正极通过外电路流向负极 D 外电路中每通过 0 2mol 电子锌的质量理论上减小 6 5g 解析 解析 根据题意 该电池的负极材料是锌 电池工作时 锌本身失去电子而发生氧化 反应 失去的电子通过外电路移向另一极 正极 在该电极上 MnO2 获得电子发生还原 反应生成 Mn2O3 2MnO2 2e Mn2O3 从元素守恒的角度来看 左侧还多一个氧 一般 规律是 在酸性条件下 H 结合氧变为 H2O 在碱性或者中性条件下结合水变为 2OH 正 极反应为 2MnO2 H2O 2e Mn2O3 2OH 反应中 失去 0 2 mol 电子 消耗掉 0 1 mol 锌 质量为 6 5g 答案 答案 C 点评 点评 对原电池的闭合回路要准确理解 正确判断相关问题 例题 4 铁跟下列金属接触 能防止空气和水对铁腐蚀的是 A 铜 B 锌 C 锡 D 铅 解析 解析 空气中的氧 二氧化碳等气体能部分溶于水而形成 电解质溶液 当两种金属 专心 爱心 用心4 互相接触并同时与这种 电解质溶液 接触时 便构成原电池 显然只有当金属铁与比铁活 泼的金属接触时 才能使较活泼的金属被氧化 而铁充当原电池的正极 不参与电极反应 从而防止了空气和水对铁的腐蚀 据金属活动顺序表可知 只有锌比铁活泼 答案 答案 B 点评 点评 金属的电化学腐蚀严重 但我们仍可以利用之 反腐蚀 模拟试题模拟试题 答题时间 40 分钟 一 选择题 1 由铜 锌和稀硫酸组成的原电池工作时 电解质溶液的氢离子浓度将 A 不变 B 先变小后变大 C 逐渐增大 D 逐渐变小 2 把铜和碳棒用导线连接 插入 FeCl3溶液中 下列说法正确的是 A 不形成电流B 铜为负极 C 铜极质量不变D 碳棒上发生氧化反应 3 铁在下列情况下腐蚀最快的是 A 铁放在海水中 B 铁和锌连接放在水中 C 铁和锡连接放在海水中 D 铁和锡连接放在淡水中 4 原电池的正极一定是 A 化学性质较活泼的金属 B 化学性质不活泼的金属 C 电子流出的极 D 电子流入的极 5 氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转化为电能 而不经过中间热能这一形式 已广泛用于宇宙飞船及潜艇中 其电极反应为 负极 2H2 4OH 4H2O 4e 正极 O2 2H2O 4e 4OH 反应所产生的水为饮用水 今欲制得常温下 1L 水 则电池内转移电子的物质的量为 A 1 1 102molB 4 5 10 2mol C 8 9 10 3molD 5 6 102mol 6 铅蓄电池的两极分别是 Pb PbO2 电解质溶液为稀硫酸 放电时的反应为 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 下列有关叙述正确的是 A 铅为负极被还原B 电解质溶液密度不断减小 C SO42 只向 PbO2 极移动D 溶液的 pH 不断减小 7 心脏起搏器中的新型电池 Li I2电池的使用寿命可超过 10 年 其反应可简化为 2Li I2 2LiI 下列说法不正确的是 A 负极的电极反应为 Li Li e B 该电池以 LiI 溶液为电解质溶液 C 该电池以有机碘化物为电解质溶液 D Li I2电池是一种高能长效的固体电池 8 关于牺牲阳极的阴极保护法叙述正确的是 A 正极就是阳极B 负极就是阴极 C 阳极发生氧化反应D 正极发生氧化反应 9 将反应 Zn Br2 ZnBr2设计成蓄电池 则下列有关说法正确的是 A 充电时阳极的电极反应是 Zn2 2e Zn B 放电时负极的电极反应是 Zn Zn2 2e C 电解质溶液肯定不能用强碱 专心 爱心 用心5 D 电解质溶液可以用强酸 10 下列事实中不能用电化学原理解释的是 A 密封的铁罐可以盛装浓硫酸 B 生铁比软铁芯 几乎是纯铁 容易生锈 C 黄铜 铜锌合金 制作的铜锣不易产生铜 D 铁制器件附有铜质配件在接触处易生铁锈 二 填空题 11 用铜 银与硝酸银设计一个原电池 则此电池的负极是 负极的电极式为 用锌片 铜片连接后浸入稀硫酸中 构成原电池 工作一段时 间 锌片质量减少了 3 25g 则铜片表面析出氢气的体积为 标准状况下 导线 中通过电子的物质的量为 12 如图所示 把铁片和锌片放在盛有稀食盐水和酚酞溶液的混合液中 此装置中锌片是 极 电极反应式为 铁片是 极 电极反应式为 电解质溶液在 片周围的溶液先呈红色 13 把 a b c d4 块金属片浸入稀硫酸中 用导线两两相连组成原电池 若 a b 相连 时 a 为负极 c d 相连时 电流由 d 到 c a c 相连时 c 上有大量气泡 b d 相连时 b 上有大量气泡产生 则 a b c d 四种金属的活动顺序由强到弱为 三 计算题 14 锂电池是新一代高能