高考化学总复习 62原电池　金属的腐蚀与防护精品课件 苏教版.ppt

第二单元原电池金属的腐蚀与防护,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。,1命题特点原电池工作原理、化学电源知识和金属的电化学腐蚀与防护知识是电化学知识中的重要内容之一，也是中学化学教学中的重点内容之一，因此成为历年高考的必考内容。题型为选择题和非选择题，其中选择题重点考查判断电极、判断离子或电子的移动方向、判断电极上发生的反应类型、判断电极附近或整个溶液的酸碱性、判断电极反应式的正误、金属腐蚀的原因与常用的防护方法等；,非选择题重点考查电极反应式和电池反应式的书写，利用原电池工作原理和化学电源知识解释电化学腐蚀与防护、某些反应速率加快的原因、画原电池的装置图、实验探究金属腐蚀的原因与防护的方法和进行简单的有关计算等。,2预测展望高考要求考生通过分析和综合，能够用自然科学的基础知识解释人类生活和社会发展中遇到的某些问题。近几年出现的新技术、新科技有很多与原电池相关，如宇宙飞船上使用的燃料电池、耐用的锂电池等。同时原电池与生物、物理知识相互渗透如生物电池、废旧电池的危害，化学能与电能的转化等都将是高考试题的热点之一。,一、原电池的工作原理1概念把化学能转化为电能的装置。2.形成条件(1)活泼性不同的两种金属(或金属与非金属)做两电极。(2)两电极插入同一(或用盐桥连通的)电解质溶液中。(3)形成闭合回路。,3.原电池的电极名称及电极反应(以右图铜、锌原电池为例)(1)zn为负极，发生氧化反应，电极反应式为：zn2e=zn2。(2)cu为正极，发生还原反应，电极反应式为：cu22e=cu。(3)电池反应方程式为：zncu2=cuzn2。,4.电荷的移动(1)外电路：电子由负极释放，沿导线流入正极。(2)电解质溶液中：阳离子移向正极，阴离子移向负极。,二、化学电源1一次电池(不能充电，不能反复使用)(1)银锌纽扣电池：电极材料分别为ag2o和zn，电解质溶液为koh溶液。负极(zn)：zn2oh2e=zn(oh)2正极(ag2o)：ag2oh2o2e=2ag2oh电池反应方程式：znag2oh2o=zn(oh)22ag,(2)碱性锌锰电池负极(zn)：zn2oh2e=zn(oh)2正极(mno2)：2mno22h2o2e=2mno(oh)2oh电池反应方程式：2mno2zn2h2o=2mno(oh)zn(oh)2,2.二次电池(可充电、可多次重复使用)铅蓄电池：h2so4作电解质溶液(1)放电时负极：pbso422e=pbso4正极：pbo24hso422e=pbso42h2o电池反应：pbpbo24h2so42=2pbso42h2o(2)充电时阴极：pbso42e=pbso42阳极：pbso42h2o2e=pbo24hso42总反应：2pbso42h2o=pbpbo24h2so42。,3.燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。,三、金属的腐蚀与防护1金属的腐蚀(1)化学腐蚀金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀定义：不纯的金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀。与化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更为普遍，速率也大。,钢铁的电化学腐蚀,2.金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法(2)其他改变金属内部结构，如制成合金；使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。,一、原电池的正负极的判断方法及电极反应式的书写1.原电池的正负极的判断方法(1)由组成原电池两极的电极材料判断。一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。,(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得到电子发生还原反应。(5)根据质量变化来判断。工作后，x极质量增加，说明溶液中的阳离子在x极放电，x极是正极，活泼性弱；反之，x极质量减小，说明x极金属溶解，x极为负极，活泼性强。(6)根据有无气泡产生来判断。若x极上有气泡冒出，则说明发生了析出h2的电极反应，x极为正极，活泼性弱。,(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中；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，且与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，与o2生成h2o；若在熔融盐的电解质中反应，则o2可能得电子变成o2。(3)正负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，从而得到较难写出的电极反应式。,二、原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用1.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在zn与稀h2so4反应时加入少量cuso4溶液能使产生h2的反应速率加快。2比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。,3用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等，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时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：(1)首先将已知的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、负极材料及电解质溶液。电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。,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(如空气中的氧气)。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应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜锌硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有cu2的电解质溶液中。,(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：,注意：应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池，但有的电流相当微弱。同时要注意电解质溶液不一定参与反应，如燃料电池，水中一般要加入naoh、h2so4或na2so4等。,5.探究金属腐蚀的快慢规律(1)不同类型的腐蚀规律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措施的腐蚀,(2)电化学腐蚀规律对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。,三、金属防护的方法1.改变金属的内部组织结构例如：把铬、镍等加入普通钢里制成的不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。,2在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。以钢铁的防护为例，根据保护层成分的不同，可分为如下几种：(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆；汽车外壳常喷漆；枪炮、机器常涂矿物性油脂等。,(2)用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属都能被氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。例如，常用的白铁皮就是在薄钢板的表面热镀上一层锌；做罐头用的马口铁就是在薄钢板上热镀上一层无毒而又耐腐蚀的锡；自行车钢圈就是用电镀的方法镀上一层既耐腐蚀又耐磨的铬或镍。(3)用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜。例如，工业上常借一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。,3电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法。常用于保护海轮外壳及石油管道等。(2)外加电流的阴极保护法。主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。,考点1原电池原理【典例1】(2010广东)铜锌原电池(如下图)工作时，下列叙述正确的是(),a.正极反应为：zn2ezn2b.电池反应为：zncu2zn2cuc.在外电路中，电子从负极流向正极d.盐桥中的k移向znso4溶液,【解析】在原电池中，活泼的金属材料作负极，相对不活泼的金属材料作正极，负极反应为：zn2e=zn2，正极反应为：cu22e=cu，两个半反应相加，得出电池反应为：zncu2=zn2cu；d项，因zn失电子，生成zn2，为使znso4溶液中电荷保持电中性，盐桥中的cl移向znso4溶液。【答案】bc,针对训练1下列叙述不正确的是()a.把铜片和锌片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡b.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快c.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化d.将镁片和铝片用导线连接后，平行插入一定浓度的naoh溶液中，镁片作负极,解析：a项构成原电池中，铜片作正极，发生反应为：2h2e=h2；b项构成原电池使化学反应速率加快；c项构成原电池h2作负极，失电子被氧化；d项构成原电池，mg不与naoh溶液反应，只有al与naoh溶液发生氧化还原反应，故铝片作负极。答案为d。答案：d,考点2原电池原理的应用【典例2】原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：(1)肼(n2h4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%30%的koh溶液。肼空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是_；负极的电极反应式是_。,(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以n2、h2为电极反应物，以hclnh4cl为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该电池的正极反应式_。(3)请运用原电池原理设计实验，验证cu2、fe3氧化性的强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。,【解析】(1)氧气在正极上发生还原反应生成氢氧根，肼在负极上被氧化转化为无污染的氮气。(2)相当于氮气和氢气先合成氨，然后结合盐酸生成氯化铵。(3)三价铁离子能够氧化铜生成铜离子，从而设计成原电池证明该结论。,【答案】(1)o22h2o4e=4ohn2h44oh4e=n24h2o(2)n28h6e=2nh4(3)正极反应：fe3e=fe2负极反应：cu2e=cu2,针对训练2根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2fecl3fe=3fecl2。要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯和盐桥。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。(3)写出两个电极上发生的电极反应。,答案：(1)装置图如下：(2)电池的正负极及外电路中电子的流向如图所示。(3)负极(fe)：fe2e=fe2正极(c或ag)：2fe32e=2fe2,【解析】放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为lie=li，a正确；充电时，阳极上的li0.85nio2和阴极上的li0.85nio2分别发生氧化反应和还原反应，b正确；若用水溶液作电解质，则金属li会被反应掉，c正确；放电过程中li向正极移动，d不正确。【答案】d,针对训练3(2009江苏单科)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示。关于该电池的叙述正确的是(),解析：该燃料电池的原理为c6h12o66o26co26h2o，根据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负极为c6h12o66h2o24e6co224h，正极为6o224e24h12h2o，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,考点4金属的腐蚀与防护【典例4】下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀abcd,【解析】中纯银器表面被氧气氧化而变暗是发生化学腐蚀，故正确；当镀层破损时，snfe可构成原电池，fe作负极，不再起到保护作用，错；与zn块构成原电池，zn作负极(阳极)，从而保护fe正极(阴极)，所以正确；外加电流保护法应该与直流电源的负极连接，故错。答案为d。【答案】d,针对训练4下列各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()abcd,解析：为受电化学保护的铁，且保护的更好，故有腐蚀快慢关系：；中促进腐蚀，当有外加电源且铁做阳极时腐蚀最快，金属活动性悬殊越大，原电池反应越迅速，故有腐蚀快慢关系：。答案：c,1.(2010江苏)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是(),a该系统中只存在3种形式的能量转化b装置y中负极的电极反应式为：o22h2o4e=4ohc装置x能实现燃料电池的燃料和氧化剂的再生d装置x、y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化,解析：a项，系统中存在光能电能、电能化学能、化学能电能、电能机械能等多种能量转化方式；b项，y中负极的电极反应式为h22e=2h；c项，装置x可电解水生成h2和o2；d项，无论是原电池还是电解池都不可能实现电能与化学能的完全转化，故只有c正确。答案：c,2.(2010福建)铅蓄电池的工作原理为：pbpbo22h2so4=2pbso42h2o研读下图，下列判断不正确的是(),ak闭合时，d电极反应式：pbso42h2o2e=pbo24hso42b当电路中转移0.2mol电子时，中消耗的h2so4为02molck闭合时，中so42向c电极迁移dk闭合一段时间后，可单独作为原电池，d电极为正极,解析：c项，当k闭合时为原电池、为电解池、中c电极上的pbso4转化为pb和so42，d电极上的pbso4转化为pbo2和so42，故so42从两极上脱离下来向四周扩散而并非做定向移动。答案：c,3.用铜片、银片、cu(no3)2溶液、agno3溶液、导线和盐桥(装有琼脂kno3的u形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：age=ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入agno3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同abcd,解析：cu为负极，电子由铜电极流向银电极；取出盐桥，原电池不能形成闭合回路，不能继续工作。不正确。ag在正极得到电子发生还原反应，原电池反应是cu2agno3=cu(no3)22ag，正确。答案：c,4.将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池。已知通入甲烷的一极，其电极反应为：ch410oh8e=co327h2o；通入氧气的另一极，其电极反应为2o24h2o8e=8oh。下列叙述正确的是()a通入甲烷的电极为负极b正极发生氧化反应c该燃料电池总反应为ch42o22oh=co323h2od燃料电池工作时，溶液中的阴离子向正极移动,解析：原电池中发生氧化反应的电极为负极，发生还原反应的电极为正极，因此a正确，b错误；电池工作时，内电路中电荷(阴阳离子)的运动和外电路的电荷(电子)运动方向相反，电池放电总反应为ch42o22koh=k2co33h2o，c正确，d错误。答案：ac,a装置甲左侧的液面一定会下降b装置乙中的铁钉腐蚀最快c装置丙中的铁钉几乎没被腐蚀d装置甲中的铁丝和装置乙中的铜丝都会被腐蚀解析：甲、乙中hcl有挥发性，甲中发生化学腐蚀，产生h2使左侧液面下降；乙中发生电化学腐蚀，产生h2比甲中快，铁钉腐蚀最快；丙中浓硫酸有吸水性且h2so4无挥发性，铁钉几乎不被腐蚀；乙中cu是原电池的正极，不发生腐蚀。答案：d,6.(2011晋江测试题)用x、y、z、w四种金属进行如下实验：,根据以上事实，下列判断或推测错误的是()az的阳离子氧化性最强bw的还原性强于y的还原性cz放入cuso4溶液中一定有cu析出d用x、z和稀硫酸可构成原电池，x作负极解析：由实验1可知xy，由实验2可知wx，由实验3可知yz，所以金属活动性顺序为wxyz。那么，a、b、d三项都是正确的，而z的金属活动性可能比cu弱，c项错误。答案：c,7.出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有cu2(oh)3cl覆盖在其表面。下列说法正确的是()a.锡青铜的熔点比纯铜高b.在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用c.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比在干燥环境中快d.生成cu2(oh)3cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程,解析：锡青铜是合金，合金的熔点往往降低。锡和铜在一定条件下形成原电池，锡较活泼作负极对铜有保护作用，在潮湿环境中腐蚀加快，b和c正确。电化学腐蚀过程也是化学反应过程。答案：bc,8.(2011北京丰台区模拟题)向等质量的两份锌粉a、b中，分别加入过量的稀h2so4，同时a中加入少量cuso4溶液，下图中产生氢气的体积(v)与时间(t)的关系基本正确的是(),解析：h2so4过量，加入cuso4溶液后，zn与cuso4反应生成cu形成cuzn原电池，使产生h2的速率加快，但v(h2)变小。答案：a,9.(2011苏州模拟)(1)下图装置中有明显电流产生的是_。,(2)利用化学反应：2fecl3cu=2fecl2cucl2，选择合适的材料和试剂，设计一个原电池。可供选择的电极材料：铁棒、铜棒、石墨棒可供选择的电解质溶液：cucl2溶液、fecl2溶液、fecl3溶液请填写下列空白：选用_作负极材料，选用_作该原电池的电解质溶液。写出该原电池负极的电极反应式：_。,(3)有fe2、no3、fe3、nh4、h和h2o六种粒子，它们分别属于同一氧化还原反应中的反应物和生成物。写出该反应的离子方程式：_。若上述反应是原电池反应的化学方程式，则其负极的电极反应式为_。,答案：(1)(2)铜棒fecl3溶液cu2e=cu2(3)8fe2no310h=8fe3nh43h2ofe2e=fe3,10.依据氧化还原反应zn(s)cu2(aq)=zn2(aq)cu(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)铜电极为电池的_极，发生的电极反应为_，x极上发生的电极反应为_。(3)外电路中的电子是从_极流向_极。(4)盐桥中的cl向_极移动，如将盐桥撤掉，电流计的指针将_偏转。,解析：该原电池中zn作负极，cu作正极。盐桥中的cl向zn极移动，阳离子(一般为k)向正极移动。答案：(1)zncucl2溶液(2)正cu22e=cuzn2e=zn2(3)zncu(4)zn不,11.如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：,回答以下问题：(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)_