化学高考总复习电池金属腐蚀与防护课件

2017化学高考总复习电池金属腐蚀与防护课件第一页，共56页。………三年26考高考指数:★★★★★1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见的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。第二页，共56页。一、原电池1.概念：把________转化为_____的装置。2.构成条件(1)有两个___________的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入___________中。(3)两电极间构成_________。化学能电能活泼性不同电解质溶液闭合回路第三页，共56页。3．工作原理如图是Cu-Zn原电池，请填空：(1)电极。负极为____，正极为____。ZnCu第四页，共56页。(2)电极反应。负极：_____________，正极：______________。(3)电子方向和电流方向。电子从_____流出经外电路流入______；电流从_____流出经外电路流入______。(4)离子的迁移方向。电解质溶液中，阴离子向_____迁移，阳离子向_____迁移。Zn-2e-====Zn2+Cu2++2e-====Cu负极正极正极负极负极正极第五页，共56页。(5)两种装置的比较。装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ能避免能量损耗，装置Ⅱ中盐桥的作用是提供离子迁移通路。第六页，共56页。二、化学电源的种类及其工作原理1.一次电池(不能反复使用)(1)碱性锌锰干电池。2MnO2+2H2O+2e-====2MnOOH+2OH-Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2第七页，共56页。(2)银锌钮扣电池。负极(Zn)，电极反应式：_______________________;正极(Ag2O)，电极反应式：____________________________；电池反应方程式：____________________________。Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH-Zn+Ag2O+H2O====Zn(OH)2+2Ag第八页，共56页。2.二次电池(可多次充放电)以铅蓄电池为例(1)放电时的反应。①负极反应：_____________________②正极反应：________________________________③总反应：Pb+PbO2+4H++2SO42-====2PbSO4+2H2OPb+SO42--2e-====PbSO4PbO2+4H++SO42-+2e-====PbSO4+2H2O第九页，共56页。(2)充电时的反应。①阴极反应：___________________②阳极反应：________________________________③总反应：2PbSO4+2H2O====Pb+PbO2+4H++2SO42-PbSO4+2e-====Pb+SO42-PbSO4+2H2O-2e-====PbO2+4H++SO42-第十页，共56页。3.燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。

酸性碱性负极反应式__________________________________________正极反应式_________________________________________________电池总反应2H2+O2====2H2O2H2-4e-====4H+2H2+4OH--4e-====4H2OO2+4H++4e-====2H2OO2+2H2O+4e-====4OH-第十一页，共56页。三、金属的腐蚀与防护1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀现象

条件

本质

区别

无电流产生金属被腐蚀金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应M-ne-====Mn+

较活泼金属被腐蚀有电流产生注：通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重。第十二页，共56页。2.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质Fe+2H+====Fe2++H2↑Fe-2e-====Fe2+

2Fe+O2+2H2O====2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)32Fe(OH)3====Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O弱酸性或中性或碱性

酸性

负极反应正极反应2H++2e-====H2↑2H2O+O2+4e-====4OH-

总反应其他反应注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍第十三页，共56页。3.金属的防护(1)牺牲阳极的阴极保护法利用____________。(2)外加电流的阴极保护法利用____________。(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。原电池原理电解池原理第十四页，共56页。1.不是所有化学反应都可以设计成原电池。()【分析】正确。只有氧化还原反应才可以设计成原电池。2.原电池的两电极中，通常较活泼的电极一定为负极。()【分析】错误。不一定，如铝、镁和NaOH溶液构成的原电池，铝作原电池的负极，镁作原电池的正极。3.燃料电池的反应条件是燃烧。()【分析】错误。燃料电池利用的是可燃物燃烧这一氧化还原反应，但绝不是燃烧。√××第十五页，共56页。4.可充电电池中的电极反应是可逆反应。()【分析】错误。可充电电池的充电与放电不是在相同条件下发生的，故它不是可逆反应。5.外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极。()【分析】错误。接直流电源的正极相当于电解池的阳极，发生氧化反应，使金属腐蚀得更快。××第十六页，共56页。

原电池的构成及电极反应式的书写1.原电池的构成——“两极一液一回路”第十七页，共56页。2.正、负极的判断电极材料活泼金属

氧化反应

电子流出

不断溶解质量减小电极反应电子流向电极现象较不活泼金属或非金属还原反应

电子流入

负极正极电极增重或质量不变第十八页，共56页。3.电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写。列物质标得失看环境配守恒两式加验总式负极发生氧化反应正极发生还原反应列出参加反应的微粒和得失电子数在电解质溶液的环境中要生成稳定的电极产物，即H+、OH-、H2O等是否参加反应遵守电荷守恒、质量守恒、电子守恒两电极反应式相加，与总反应式对照验证第十九页，共56页。(2)复杂电极反应式的书写。复杂电极反应式总反应式较简单一极的电极反应式=

-

如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为：CH4+2O2====CO2+2H2O……总反应式2O2+8H++8e-====4H2O……正极反应式CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+……负极反应式第二十页，共56页。【拓展延伸】原电池正负极的其他判断方法(1)根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动判断。在原电池的电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(2)根据电池总反应判断。反应中的还原剂是负极的活性物质，对应的电极为负极；氧化剂则是正极上得电子的活性物质，对应的电极为正极。第二十一页，共56页。【高考警示钟】(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(2)不注意电解质溶液的成分，容易误写电极反应式，如Al负极，在酸性溶液中生成Al3+，在碱性溶液中生成AlO2-。(3)在原电池中离子移动方向容易误判。阳离子移向正极，阴离子移向负极。第二十二页，共56页。【典例1】生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。第二十三页，共56页。已知C1极的电极反应式为：C2H5OH+3H2O－12e－====2CO2+12H+。下列有关说法不正确的是()A．C1极为电池负极，C2极为电池正极B．电子由C2极经外电路导线流向C1极C．C2极的电极反应式为O2+4H++4e－====2H2OD．该生物燃料电池的总反应式为：C2H5OH+3O2====2CO2+3H2O【解题指南】解答本题时应注意以下两点：(1)燃料电池中通入燃料的一极一定为负极；(2)正极产生的OH-要与溶液中的H+反应。第二十四页，共56页。【解析】选B。燃料电池中，通入燃料的一极为负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为正极，发生还原反应，A、C项正确；电子由负极经外电路流向正极，B项错误。第二十五页，共56页。【技巧点拨】燃料电池的电极判断及电极反应式的书写(1)作为燃料电池，充入氧气的一极一定是正极，充入燃料的一极为负极。(2)书写正负电极反应时，要先写简单的一极，如燃料电池，一般先写正极反应。当介质为碱性时，电极反应式为2H2O+O2+4e-====4OH-，当介质为酸性溶液时，电极反应式为4H++O2+4e-====2H2O，然后用总反应减去该电极反应，即可得出另一极反应(前提是电量守恒)。第二十六页，共56页。【变式训练】(2011·海南高考改编)根据如图，下列判断中正确的是()A．Fe极作负极B．烧杯b中发生氧化反应C．烧杯a中发生的反应为2H++2e－====H2↑D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－====Cl2↑【解析】选B。Zn比Fe活泼，所以Zn作负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn－2e－====Zn2+，故A、D错误；Fe作正极，氧气在该电极上发生还原反应，电极反应式为：2H2O+O2+4e－====4OH－，C错。

第二十七页，共56页。【变式备选】MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。该电池的总反应式为：2H2+O2====2H2O，负极反应为：H2+CO32--2e-====H2O+CO2。则下列推断中，正确的是()A．正极反应为4OH--4e-====2H2O+O2↑B．当电池生成1mol水时，转移4mol电子C．放电时CO32-向负极移动D．通H2的一极为负极，发生还原反应第二十八页，共56页。【解析】选C。A项，正极反应应有O2参加，故A错误；B项，根据总电极反应式可知，当生成1mol水时，转移2mol电子，B错误；C项，因负极上氢气失电子，从而负极带上了正电荷，故放电时CO32-向负极移动，C正确；D项，通H2的一极为负极，发生氧化反应，D错误。第二十九页，共56页。

原电池工作原理的应用1．比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或非金属)作正极。如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，则可以断定金属活动性A＞B。第三十页，共56页。2．加快化学反应速率由于形成了原电池，导致反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu-Zn原电池，加快反应进行。3．用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。第三十一页，共56页。4.设计制作化学电源设计原电池要紧扣构成原电池的三个条件。(1)首先将已知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(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。①电极材料的选择在原电池中，选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或非金属作为正极，并且原电池的电极必须导电。一般来说，负极应该跟电解质溶液发生反应。第三十二页，共56页。②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(如溶解于溶液中的空气)。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选择与电极材料相同的阳离子。如在Cu-Zn-硫酸构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。第三十三页，共56页。(3)按要求画出原电池装置图。如根据2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+设计原电池：负极：Cu-2e-====Cu2+正极：2Fe3++2e-====2Fe2+第三十四页，共56页。【高考警示钟】(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。(3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。第三十五页，共56页。【典例2】某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为_______。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。第三十六页，共56页。正极：_________________________________________；负极：_________________________________________。方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)_________________________________________________，用离子方程式表示其反应原理：______________________________________________________________________。【解题指南】解答该题可考虑以下两点：(1)两种金属作电极构成原电池时，活泼性强的金属作负极。(2)根据单质与盐的置换反应可以证明Fe和Cu的活泼性。第三十七页，共56页。【解析】方案Ⅰ：铁可以和稀硫酸(或稀盐酸)反应生成H2，而Cu在金属活动性顺序表中位于H的后面，不能置换出酸中的氢。方案Ⅱ：利用原电池原理证明金属活动性Fe＞Cu，可以把铁片作为原电池的负极，铜片作为原电池的正极，稀硫酸作电解质溶液，按要求组成闭合回路，画出装置图，并写出相应的电极反应式。也可以设计盐桥组成原电池。方案Ⅲ：可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活泼性。把铁片插入CuSO4溶液中观察现象。第三十八页，共56页。答案：Ⅰ：Fe＋2H+====Fe2+＋H2↑Ⅱ：第三十九页，共56页。正极：2H+＋2e-====H2↑或Cu2+＋2e-====Cu负极：Fe－2e-====Fe2+Ⅲ：把一个光洁的铁片插入到CuSO4溶液中，观察现象Fe＋Cu2+====Fe2+＋Cu第四十页，共56页。【互动探究】在以上题目中，是通过设计原电池，利用原电池的工作原理，验证了铁的金属活动性强于铜。但是，是否铁与铜分别作电极构成的原电池中，铁一定作为原电池的负极呢？提示：不一定，用铁、铜和浓硝酸构成的原电池中，因铁在常温下和浓硝酸发生钝化，故它不再继续发生氧化反应，而铜则容易和浓硝酸发生氧化反应，表现为失电子，故铜成为了原电池的负极，铁成为了原电池的正极。第四十一页，共56页。1.下列关于原电池的叙述正确的是()A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B．原电池是将化学能转变为电能的装置C．原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极第四十二页，共56页。【解析】选B。A项，构成原电池的正极和负极可以是两种不同的金属，也可以是一种金属，一种非金属；B项，原电池是将化学能转变为电能的装置；C项，原电池中电子流出的一极是负极，该极被氧化；D项，原电池放电时，电流的方向是从正极到负极。第四十三页，共56页。2.下列图示装置属于原电池的是()【解析】选B。原电池的形成条件之一就是存在活动性不同的两种金属或金属、非金属，故A错误；另一条件是存在电解质溶液或两电极直接接触，故C错误；再者就是构成闭合回路，D项，没有构成闭合回路，D错误。第四十四页，共56页。3.(2012·温州模拟)下列有关电化学的说法正确的是()A.燃料电池是将燃料燃烧产生的热能直接转变为电能B.铅蓄电池在放电时，正极发生的反应是Pb(s)+SO42-(aq)-2e-====PbSO4(s)C.电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室D.钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起的正极反应不同第四十五页，共56页。【解析】选D。燃料电池可将可燃物和O2反应过程中的能量转变为电能，而不是燃烧产生的热能直接转变为电能，A错；铅蓄电池的正极反应为：PbO2+2e-+SO42-+4H+====PbSO4+2H2O,B错；电解饱和食盐水时，Cl2是阳极产物，C错;钢铁的两种电化学腐蚀取决于水膜的pH，发生不同的正极反应，D正确。

第四十六页，共56页。4.X、Y、Z、W4块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断4种金属的活动性顺序是()A.X＞Z＞W＞YB.Z＞X＞Y＞WC.X＞Y＞Z＞WD.Y＞W＞Z＞X第四十七页，共56页。【解析】选A。由“X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z”得出金属活动性顺序为X＞Y，Z＞W；再由“X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应”得出金属活动性顺序为X＞Z，W＞Y