电化学-原电池原理、化学电源、金属防腐

1、长葛三高 李新朵长泾中学长泾中学 殷冬伟殷冬伟原电池效应的发现原电池效应的发现 1780年，意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下，以年，意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下，以铜制的解剖刀碰触到置于铁盘內的青蛙，发现其立刻产生铜制的解剖刀碰触到置于铁盘內的青蛙，发现其立刻产生抽搐现象，因而认为有微电流流过，他主张是生物本身內抽搐现象，因而认为有微电流流过，他主张是生物本身內在的自发电流。被认为是提出了原电池的雏形。在的自发电流。被认为是提出了原电池的雏形。现象现象:电流计指针发生偏转电流计指针发生偏转, Cu片上产生气泡片上产生气泡, Zn片变小片变小.负极负极正极正极氧化反应氧化反应还原反应还原

2、反应Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2 Zn流向流向Cu(外部外部)Cu流向流向Zn(外部外部)逐渐变大逐渐变大Zn移向移向Cu负极移向正极负极移向正极(内部内部)化学能转化为电能化学能转化为电能发生氧化还原反应发生氧化还原反应二二.原电池工作原理原电池工作原理较活泼的金属较活泼的金属失去电子发生氧化反应，电子从较失去电子发生氧化反应，电子从较活泼金属（活泼金属（负极负极）通过外电路流向）通过外电路流向较不活泼的金较不活泼的金属属（正极正极） 。实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件形成条件一：形成条件一： 活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极

3、：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等第一组实验第一组实验实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件第二组实验第二组实验形成条件二：形成条件二： 有电解质溶液；有电解质溶液；实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件形成条件三：形成条件三： 必须形成闭合回路必须形成闭合回路第三组实验第三组实验三三.简单原电池的构成条件简单原电池的构成条件1.活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极2.有电解质溶液有电解质溶液(一般负极能与之反应一般负极能与之反应)3.工作时形成闭合回路工作时形成闭合回路负极负极:较活泼的金属较活泼的金属正极正极:较

4、不活泼的金属、石墨等较不活泼的金属、石墨等一定是氧化还原反应一定是氧化还原反应例例1.发生原电池的反应通常是放热反应，在理论发生原电池的反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反应是（上可设计成原电池的化学反应是（ ）A. C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g); H0B. Ba(OH)28H2O(s)+2NH4Cl(s) =BaCl2(1)+2NH3H2O(1)+8H2O(1)；H0C. CaC2(s)+2H2O(1)Ca(OH)2(s)+C2H2(g); H0D. CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(1); H0D四四.原电池应用原电池应用化学电源化学电源1

5、、锌、锌-锰干电池锰干电池(一次电池一次电池)负极负极（锌筒）（锌筒） ：Zn+2OH-2e-=Zn (OH) 2 正极正极（石墨）（石墨） ：2H2O+2MnO2 + 2e=2MnO(OH)+2OH-总反应：总反应：Zn+2H2O+2MnO2= Zn (OH)2 +MnO(OH) 2、铅蓄电池、铅蓄电池负极负极PbPb：Pb+ SO42- -2e- = PbSO4正极正极PbO2：PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O总反应：总反应：Pb+PbOPb+PbO2 2+4H+4H+ +2SO+2SO4 42-2- 2PbSO 2PbSO4 4+2H+2H2 2O O放

6、电放电充电充电若为充电若为充电,无需更换电极无需更换电极:负负负负,正正正正阴阴阳阳例例2.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能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。电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为高铁电池的总反应为: 3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH下列叙述不正确的是下列叙述不正确的是A放电时负极反应为：放电时负极反应为：Zn2e- +2OH-= Zn(OH)2B充电时阳极反应为：充电时阳极反应为： Fe(OH)3 -3e-+ 5 OH- = FeO4

7、2- + 4H2OC放电时每转移放电时每转移3 mol电子电子,正极有正极有1mol K2FeO4被氧化被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强放电时正极附近溶液的碱性增强放电放电充电充电3、燃料电池、燃料电池氢氧燃料电池是一种氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其新型的化学电池，其构造如图示：两个电构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放出，并在电极表面放电。电。( (一般以一般以KOHKOH为电为电解质溶液解质溶液) )负极负极H H2 2：2 2H2+4OH- -4e- =4H2O 正极正极O O2 2：O O2+2+2H

8、2O +4e- =4OH- 总反应：总反应： O O2+2+2H2 =2H2O例例3. （1）今有）今有2H2O2 = 2H2O反应，构成燃料电池，反应，构成燃料电池， 则负极通的应是则负极通的应是 ，正极通的应是，正极通的应是 ， 电极反应式为：负极：电极反应式为：负极： ， 正极：正极： 。（2）若把）若把KOH改为稀改为稀H2SO4作电解质，则电池反应式作电解质，则电池反应式 为：负极：为：负极： ， 正极：正极： 。 （1）和（）和（2）的电解质不同，反应进行后，其溶液的）的电解质不同，反应进行后，其溶液的 pH各有什么变化？各有什么变化？（3）若把）若把H2改为改为CH4,用用KOH

9、作电解质作电解质,则电极反应式则电极反应式 为为:负极：负极： ， 正极：正极： 。例例4. 固体氧化物燃料电池是固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（允许氧离子（O2）在其间通）在其间通过，该电池的工作原理如图所过，该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极示，其中多孔电极a、b均不参均不参与电极反应。下列判断正确的是与电极反应。下列判断正确的是( )A有有O2参加反应的参加反应的a极为电池的负极极为电池的负极Bb极的电极反应为：极的电极反应为：H2 - 2e- + O2- = H2OCa极的电极反应为

10、：极的电极反应为：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-D电池的总反应式为：电池的总反应式为：2H2 + O2 2H2O BD例例5 5、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中成的甲烷燃料电池中a a极的电极反应式：极的电极反应式： ，此时电池内总的反应式此时电池内总的反应式 ： 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa

11、bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O例例6、熔融盐燃料电池具有高的发电效、熔融盐燃料电池具有高的发电效率率,因而受到重视因而受到重视.可用可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃为阳极燃气气,空气与空气与CO2的混合气为阴极助燃气的混合气为阴极助燃气,制得在制得在6500下工作的燃料电池下工作的燃料电池,完成完成有关的电池反应式有关的电池反应式: 负极反应式负极反应式: , 正极反应式正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32- 总电池反应总电池反应 式式: .2CO+2CO3

12、2-4e- =4CO22CO+O2=2CO2钮扣电池：不锈钢制成一个由正钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由内靠正极一端填充由AgAg2 2O O和少量和少量石墨组成的正极活性材料，负极石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓材料，电解质溶液为浓KOHKOH溶液，溶液，已知电池内已知电池内ZnZn的氧化产物为的氧化产物为ZnO.ZnO.3、银、银-锌电池锌电池负极：负极：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O 正极：正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag

13、+ 2OH- 总反应：总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag5、海水电池（电解质溶液为海水）、海水电池（电解质溶液为海水）负极：负极：4Al-12e=4Al3+，正极：正极：3O2+6H2O+12e=12OH总反应：总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)36、锂电池（非水有机溶剂电解液）、锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：负极：2Li-2e=2Li+，正极：，正极：I2+2e=2I，总反应：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，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。高能、质轻、电压高、工

14、作效率高、储存寿命长。 例例7.市场上出售的市场上出售的“热敷袋热敷袋”其主要成分是铁屑、碳粉、其主要成分是铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启用之前用塑料袋密封木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启用之前用塑料袋密封使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量的铁锈存在，请回答下列热量，使用完后，会发现有大量的铁锈存在，请回答下列问题：（问题：（1）热敷袋使用时，为什么会放出热量？）热敷袋使用时，为什么会放出热量？（2）碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？）碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用

15、？（3）试写出有关的电极反应式和化学方程式。）试写出有关的电极反应式和化学方程式。（1）利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。）利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。 （2）碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构）碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。解质溶液。 （3）负极：）负极：2Fe - 4e-=2 Fe2+，正极：正极：O2+2H2O +4e- =4OH-，总反应方程式是：总反应方程式是：4 Fe+3O2+6H2O= 4Fe(OH)3原电池电极反应式的书写注意事项：原电池电

16、极反应式的书写注意事项：（1）负）负-失失-氧氧,正正-得得-还。还。（2）要注意溶液的酸碱性，适当的在）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加电极方程式两边添加H+、OH、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。以遵循电荷守恒和质量守恒。（3）要注意电极反应产物是否与电解）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。质溶液发生反应。小结小结金属的腐蚀金属的腐蚀 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，即为金属的腐蚀。其本学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。质是金属原子失去电子被氧化的过

17、程。金属的腐蚀及其防护金属的腐蚀及其防护化学腐蚀与电化腐蚀化学腐蚀与电化腐蚀析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）为例）O2+2H2O+4e- =4OH2H+2e- =H2Fe+2H+=Fe2+H22Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2Fe - 2e = Fe2+（3）金属防护的几种重要方法）金属防护的几种重要方法 改变金属内部的组织结构，制成合金。改变金属内部的组织结构，制成合金。 在金属表面覆盖保护层。在金属表面覆盖保护层。 电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解 池的阴极而受到保护。池的阴极而受到保护。 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：在同一电解质溶液