高三一轮复习：《原电池原理及其应用》精(苏教版)ppt课件

高三化学第一轮复习,专题6化学反应与能量变化,62原电池原理及其应用,.,电化学知识的试题有二个特点：1、综合性强，如联系到“化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、元素化合物、化学计算”等。,命题规律与趋势,因此电化学知识是不可忽视的一个知识点。,2、应用性强，如与生产生活（如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保等）、新科学及新技术（新型电池）、利用电解原理实现用通常方法难以制备的物质的制备等问题相联系等。,.,1原电池,2化学电源,4金属的电化学腐蚀与防护,电化学基础,3电解池,氧化还原反应,化学能转化为电能，自发进行,电能转化为化学能，外界能量推动,知识结构,.,普通干电池,手机电池,钮扣电池,笔记本电脑专用电池,摄像机专用电池,“神六”用太阳能电池,一、原电池原理,.,1.定义：,化学能转化为电能的装置为原电池。从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池；,.电极名称：,相对活泼的电极为负极相对不活泼的电极为正极,3.电极反应：,负极：正极：,失电子的氧化反应得电子的还原反应,.,4.原电池的形成条件（140）,(4)形成闭合回路。（两电极用导线连接，或接触。）,（1）能自发地发生的氧化还原反应：电极和电解质溶液两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）,（2）电解质溶液：参与电极反应或构成内电路,（3）两导体作电极：活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。两不活泼的导体石墨或Pt等。（燃料电池电极）,.,练习：下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,想一想：是不是所有的化学反应均可设计才原电池？,.,5.电子、离子的定向移动方向：,原电池,“负极出电子，电子回正极”,必发生失电子的氧化反应,必发生得电子的还原反应,.,氧化反应M-ne=Mn+,产生电流,失e-沿导线转移,还原反应Nm+me=N,原电池的工作原理,阴离子,阳离子,e,e,综述,1、负极失电子发生氧化反应；溶液中氧化性较强的微粒在正极上得电子发生还原反应；,2、电子由负极流向正极，电流方向是由正极流到负极（外电路）。,.,例1、(2007年高考全国理综卷)在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是()(A)正极附近的SO42离子浓度逐渐增大(B)电子通过导线由铜片流向锌片(C)正极有O2逸出(D)铜片上有H2逸出,D,.,1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.MgB.FeC.AlD.Cu,B,2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH()A.不变B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小,C,课堂练习：,.,（）盐桥的作用是什么？可提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电中性，盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。,、双液原电池的工作原理（有关概念）,（）盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出,盐桥的作用：（1）形成闭合回路。（2）平衡电荷。,.,(3)双液原电池的优点：能产生持续、稳定的电流。,思考：左右烧杯内的电解质溶液换一换是否可以？为什么？,.,例2、(2007年高考海南化学卷)依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。,请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_；(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为_X电极上发生的电极反应为_；(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。,铜(或Cu),AgNO3溶液,正,AgeAg,Cu-2eCu2,负(Cu),正(Ag),.,例3、(2007年高考理综重庆卷)如图所示，下列叙述正确的是(),(A)Y为阴极，发生还原反应(B)X为正极，发生氧化反应(C)Y与滤纸接触处有氧气生成(D)X与滤纸接触处变红,A,.,要点突破,（一）原电池正负极的判断,思考：1、“活泼性较强的金属一定做负极”是否正确？为什么？,2、如何判定原电池的正负极？,（二）原电池电极反应式的书写技巧,“全线突破”P142,.,例4：判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,FeCl3溶液,负极：Cu-2eCu2+正极：2Fe3+2e-2Fe2+,CuC,稀硫酸溶液,NaOH溶液,（稀硫酸）负极:Mg-2e-Mg2+正极：2H+2e-H2,（NaOH溶液）负极：2Al+8OH-6e-2AlO2-+4H2O,正极：6H2O+6e-3H2+6OH-,.,方法一：根据电极材料的性质确定。1.对于金属金属电极，活泼金属是负极，不活泼金属是正极；2.对于金属非金属电极，金属是负极，非金属是正极，如干电池等；3.对于金属化合物电极，金属是负极，化合物是正极。方法二：根据电极反应的本身确定。失电子的反应氧化反应负极；得电子的反应还原反应正极。,.,Al-3e-Al3,Ag2S+2e-2Ag+S2-,3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S,.,2,实验是化学的最高法庭。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8cm的镁条及大小相近的铝片，用砂纸去膜，使镁条与铝片分别与量程为500A的教学演示电表的“”、“”端相连接，迅速将两电极插入盛有1mol/LNaOH溶液的烧杯中。开始，电表指针向右偏移约500A，铝片表面有许多气泡，很快电流逐渐减小至0；随后，指针向左偏移，且电流逐渐增大至约400A，此时，铝片表面气泡有所减少，但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“Mg”或“Al”）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，其原因是：2H2O+2e-=H2+2OH-（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。,Al,H2,Mg+2OH-2e-=Mg(OH)2或Mg-2e-=Mg2+,Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,铝片中含有杂质，构成原电池。,.,活学活用3,“嫦娥一号”的成功发射，标志着我国航天技术已达到了一个新的领域。在航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+，则其正极反应式为_。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为_。,O2+4e-+4H+=2H2O,2H2-4e-+4OH-=4H2O,.,二、原电池原理的应用,(三)比较金属的活泼性；,构建原电池，测出正负极，负极金属活泼性正极,(四)加快某些化学反应的反应速率；,(一)设计原电池，制做化学电源；,(二)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。,.,练习：,1，利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计一个单液原电池，一个双液原电池（使用盐桥），画出原电池的示意图，并写出电极反应。,参考答案,负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+（还原反应）,FeCl3溶液,.,2，请将氧化还原反应Cu+2Ag+=Cu2+2Ag,设计成一个能产生持续、稳定电流的原电池装置。,Cu,CuSO4,Ag,AgNO3,练习：,.,燃料电池熔融盐电池,化学电源,常规电池,一次电池二次电池,新型电池,.,Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,2MnO+2HO+2e-=2MnO(OH)+2OH-,Zn+2MnO+2HO=Zn(OH)2+2MnO(OH),负极,正极,总反应,2、碱性锌锰电池,一次电池,负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+，正极（石墨）:2NH4+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O,1、干电池（NH4Cl糊状物为电解质）,.,3、银锌电池（电解质为KOH）,负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag,4、海水电池（电解质溶液为海水）,负极：4Al-12e-=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,.,1、铅蓄电池,PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O,Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,总反应式为：,Pb+SO42-2e-PbSO4,负极：,正极：,放电,当向外提供0.5mol电子时，消耗硫酸的物质的量为,0.5mol,二次电池,.,2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4,PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H+SO42-,PbSO4+2e-Pb+SO42-,阳极,阴极,总反应,充电,1、铅蓄电池,.,2、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：2Li-2e-=2Li+，正极：I2+2e-=2I-，总反应：2Li+I2=2LiI,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,.,电解液H2O,O2,H2,H2O,燃料电池：,.,1、氢氧燃料电池,负极：2H2+4OH-4e-4H2O,正极：O2+2H2O+4e-4OH-,总反应式：2H2+O2=2H2O,碱性燃料电池,.,负极：2H24e-4H+正极：O2+4e-+4H2H2O总反应式：2H2+O2=2H2O,1、氢氧燃料电池酸性,.,2、甲烷燃料电池（电解质为KOH）,负极：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,.,课堂练习,1、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH，反应保持在高温下，使H2O蒸发，正确叙述正确的是：（）AH2为正极，O2为负极B电极反应（正极）：O2+2H2O+4e-=4OH-C电极反应（负极）：2H2+4OH-=4H2O-4e-D负极发生氧化反应，正极发生还原反应,BD,.,2、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：1/2H2+NiO(OH)Ni(OH)2根据此反应判断，下列叙述中正确的是（）A、电池放电时，负极周围溶液的pH不断增大B、电池放电时，镍元素被氧化C、电池充电时，氢元素被还原D、电池放电时，H2是负极,放电充电,CD,课堂练习,.,3、有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-负极上CH4失去电子，电极反应式：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-电池放电后，溶液pH不断升高A.B.C.D.,A,课堂练习,.,4、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO+2CO32-4CO2+4e-阴极反应式：总电池反应：,2CO2+O2+4e-2CO32-,2CO+O2=2CO2,课堂练习,.,（二）金属的腐蚀及防腐蚀1、金属的腐蚀：金属或合金跟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。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,（1）化学腐蚀与电化腐蚀,.,金属的腐蚀：金属或合金跟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。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。,（1）化学腐蚀与电化腐蚀,.,（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,电极反应,负极,正极,总反应式,水膜酸性较强（pH4.3),水膜酸性很弱或中性,Fe-2e-=Fe2+,2H+2e-=H2,O2+2H2O+4e-=4OH-,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,.,练习：请你根据原电池原理，写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应式及电池反应方程式。,负极：2Fe-4e-2Fe2+,正极：O2+2H2O+4e-4OH-,电池反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x)H2O,进一步反应：,.,2H+2e-H2,Fe-2e-Fe2+,Fe+2H+=Fe2+H2,思考与交流,析氢腐蚀：,负极：,正极：,电池反应：,当钢铁处于酸性环境中,析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于电化学腐蚀。,.,2、金属防护的几种重要方法,3、金属腐蚀速率大小,改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。电化学保护法：利用电解池反应将需要保护的金属作为电解池的阴极而受到保护或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。,电解池阳极原电池负极化学腐蚀,还可以利用电化学反应使金属钝化而受到保护？,.,下列各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是。,(5),(2),(1),(3),(4),讨论与交流,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：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腐措施的腐蚀,.,练习：2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是()A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；,D,.,例5、下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；,B.在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多；,（C）,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；,D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；,.,例6、有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2速率相近，试设计一个实验比较M、N两种金属的活泼性。,M,N,盐酸,若N产生气泡，则活泼性MN,.,1、a,今有2H2+O2=2H2O反应,KOH为电解质溶液构成燃料电池,则负极应通入_气,正极通入_气,电极反应为:负极_正极_b,如把KOH改为H2SO4作导电物质则电极反应:负极_正极_a和b的电池液不同,反应进行后溶液的PH值各有何变化_c,如把H2改CH4,KOH作导电物质则电极反应为:负极_正极_总反应式_,氢,氧,2H2+4OH-4e-4H2O,O2+2H2O+4e-4OH-,2H2-4e-4H+,O2+4H+4e-2H2O,a变小b变大,CH4+10OH-8e-CO32-+7H2O,2O2+4H2O+8e-8OH-,CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O,课堂演练:,.,2，2004年美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂，在200oC左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更安全。电池总反应为：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O，电池示意如图，下列说法不正确的是Aa极为电池的负极B电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极C电池正极的电极反应为：4H+O2+4e=2H2OD电池工作时1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移,D,课堂演练:,.,3，一种大型蓄电系统的电池总反应为：2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr，电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜(在电池放电和充电时该膜允许钠离子通过)；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后，分别变为Na2S4和NaBr。下列说法正确的是（）A充电过程中，Na+离子的流向为从右到左B充电过程中，阳极的电极反应为：3NaBr2e-=NaBr3+2Na+C放电前，左侧电解质为Na2S2，右侧电解质为NaBr3D放电过程中，电子由负极通过外电路流向正极,BD,课堂演练:,.,4，某高二化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下：试根据上表中的实验现象回答下列问题：,实验1、2中Al所作的电极是否相同？写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。,不同；因为两实验中组成原电池的电极金属活动性不同，实验1中Al不活泼作正极，实验2中Al活泼作负极；,Al为负极：Al3e-=Al3+，石墨为正极：2H+2e-=H2，2Al+6H+=2Al3+3H2；,课堂演练:,.,实验4中Al做正极还是做负极，为什么？写出Al电极的电极反应式。,Al作负极，因为Al能与NaOH溶液反应而不能，Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2O；,.,解释实验5中电流计指针偏向Al的原因？,实验5中由于Al在浓硝酸中发生钝化，所以