原电池的工作原理及应用化学电源学案练案

1、原电池的工作原理及应用 化学电源 学案+练案最新考纲1.了解原电池和电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式2.了解常见化学电源的种类及其工作原理3.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施【自主复习】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: (2

2、)电荷、电子移动方向电子：由 极,沿导线流入 极离子： 移向正极, 移向负极5.原电池正负极的判断在书写原电池的电极反应式时,首先应正确判断原电池的两个电极哪一个是正极,哪一个是负极常用的判断方法有:(1)根据电子流动方向判断在原电池中,电子流出的一极是负极;电子流入的一极是正极(2)根据两极材料判断一般活泼性较强的金属为负极;活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极 (3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断阳离子向正极移动,阴离子向负极移动(4)根据原电池两极发生的变化来判断负极总是失去电子,发生氧化反应,正极总是得到电子发生还原反应(5)根据现象判断溶解的一极为负极,质量增加或放

3、出气体的一极为正极二发展中的化学电源1.一次电池(不能充电,不能反复使用)（1）碱性锌锰电池:电解质为KOH负极:Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2 正极:2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-总反应:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2（2）银一锌纽扣电池负极：Zn2OH-2e-Zn(OH)2 正极：Ag2OH2O2e-2Ag2OH 总反应：ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag2.二次电池(可充电,可多次重复使用)如铅蓄电池:H2SO4作电解液(1)放电时:负极:Pb+SO2-4-2e-=PbSO4 正极:PbO2+4H+SO2-4+2e-=Pb

4、SO4+2H2O总反应:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(2)充电反应为电解过程,是放电反应的逆过程阴极:PbSO4+2e-=Pb+SO2-4 阳极:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO2-4总反应:2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 3.燃料电池(1)氢氧燃料电池：（一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2）用酸性电解质时:负极:2H2-4e-=4H+ 正极: O2+4H+4e-=2H2O总反应:2H2+O2=2H2O用NaOH等碱性溶液时:负极:2H2+4OH-4e-=4H2O 正极: O2+2H2O+4e

5、-=4OH-总反应:2H2+O2=2H2O中性溶液时：负极: 2H2-4e-=4H+ 正极: O2+2H2O+4e-=4OH-总反应:2H2+O2=2H2O固体电解质：（氧化锆-氧化钇）负极: 2H2-4e-=4H+ 正极: O2+4e-=2O2-总反应:2H2+O2=2H2O (2)CH4燃料电池:电解质为KOH负极:CH4+10OH-8e-=CO2-3+7H2O 正极:2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应:CH4+2O2+2OH-=CO2-3+3H2O (3)CH3OH燃料电池:电解质为KOH负极:2CH3OH+16OH-12e-=2CO2-3+12H2O 正极:3O2+6H2O+12

6、e-=12OH-总反应:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO2-3+6H2O（4）乙烷燃料电池： 电解质为KOH溶液负极：2C2H6 +36OH-4CO32-+28e-+24H2O 正极：7O2+28e-+ 14H2O28OH-总反应：2C2H6 + 8KOH +7O2=4K2CO3 + 10H2O（5）铝空气海水电池电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。负极：4Al12e=4Al3+； 正极：3O2+6H2O+12e=12OH总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3三金属的腐蚀与防护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

7、起损耗的现象(2)分类一般分为 腐蚀和 腐蚀两种(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a. 析氢腐蚀在金属外面的水膜呈较强酸性时发生析氢腐蚀 以钢铁为例:负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+正极(C):2H+2e-=H2b.吸氧腐蚀在金属外面的水膜酸性很弱或呈碱性或中性,溶解一定量O2时发生吸氧腐蚀以钢铁为例:负极(Fe):2Fe-4e-=2Fe2+正极(C):O2+2H2O+4e-=4OH-总反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2氧化过程:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe

8、(OH)3脱水过程:2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O2.金属的防护(1)改变金属的内部结构,使其成为防腐蚀金属,如制成不锈钢等(2)加防护层,如在金属表面喷油漆涂油脂电镀喷镀或表面钝化等方法(3)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理a.正极(阴极):被保护的金属设备b.负极(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3. 金属腐蚀快慢的判断方法(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀(2)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率:强电解质>弱

9、电解质>非电解质(3)原电池原理引起的腐蚀速率:两电极金属活动性相差越大,越易腐蚀(4)对于同一电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快四原电池原理的应用1.加快氧化还原反应的速率例如:在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快2.寻求和制造干电池和蓄电池等化学电源3.比较金属活动性强弱例如:有两种金属a和b,用导线连接后插入到稀H2SO4中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生根据现象判断出a是负极,b是正极,由原电池原理可知,金属活动性a>b4.设计化学电池例如:以2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2为依据,设计一个原电池(1)将氧化还原反应拆

10、成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极电极反应式:负极:Cu-2e-=Cu2+;正极:2Fe3+2e-=2Fe2+例1 (2010·广东理综)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:Zn-2e-=Zn2+B.电池反应为:Zn+Cu2+=Zn2+CuC.在外电路中,电子从负极流向正极D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液例2 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

11、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-=2CO2-3+2H2O例3 (2010·新课标全国理综)根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是A.2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s)B.Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)C.2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq)D.2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)例4、钢铁生锈过程发生如下反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH

12、)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水C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀例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(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式_ (2)若将(1)中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_例6 高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压高铁电池

13、的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH下列叙述不正确的是( )A.放电时负极反应为:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2B.充电时阳极反应为:Fe(OH)3-3e-+5OH-=FeO2-4+4H2OC.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强例7、阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2=2H2O，电解液为KOH，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，下列叙述正确的是（ ）A、此电池能发出蓝色火焰 B、H2为正极，O2为负极C、工作时，电解液的pH不断减小D、电极反应

14、为：负极2 H2+4 OH-4e-=4 H2O 正极O2+2H2O+4e-=4 OH-【自主练习】1、.(2010·长春市调研)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(如图)以下有关该原电池的叙述中正确的是( )在外电路中,电子由铜电极流向银电极正极反应为:Ag+e-=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A. B.C. D.2、.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极下列说法正确的是( )A.以Na

15、Cl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为:O2+2H2O+4e-=4OH-B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH-3e-=Al(OH)3C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极3、.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )A.中Mg作为负极,中Fe作为负极B.中Mg作为正极,电极反应式为6H2O+6e-=6OH-+3H2C.中Fe作为负极,电极反应式为Fe-2e-=Fe2+D.中Cu作为正极,电极反应式为2H+2e-=H24、把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成

16、原电池A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由DC；A、C相连时，C极上产生大量气泡； B、D相连时，D极发生氧化反应这四种金属的活动顺序是 AABCDBACDB CCABD DBDCA5、(2010·安徽理综)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图,电池总反应可表示为:2H2+O2=2H2O,下列有关说法正确的是( )A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极6、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

17、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-7、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-