原电池原理及其应用

1、揭阳华侨中学 吴奇金 2020/7/8,专题二: 化学基本理论,第三讲 原电池与金属的防护,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。,.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,(4)形成闭合回路。 （两电极用导线连接或接触）,（1

2、）能自发地发生的氧化还原反应,（2）电解质溶液,（3）活动性不同的电极或电极材料,练习：下列哪几个装置能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,M,N,CuSO4,原电池的形成条件？,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,例1、(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，

3、此金属是( ) A.Mg B.Fe C.Al D.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？ 形成闭合回路、平衡电荷,、双液原电池的工作原理,（）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,(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、(海南理综) 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

4、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,Age = Ag,Cu -2e = Cu2,负(Cu),正(Ag),用Al、Cu作电极，如何使Cu作负极，Al作正极？,浓硝酸作电解液,用Mg、Al作电极，如何使Al作负极，Mg作正极？,NaOH作电解液,思考,例3：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 -2e =Cu 2+ 正极：2Fe3+ +2e -=2Fe2+,Cu C,稀硫酸溶液,NaOH溶液,（稀硫酸） 负

5、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-,活学活用1、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。 试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为 ； 正极发生的反应为 ； 反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为,Al -3e- =Al3,Ag2S+2e-=2Ag+S2-,3Ag2S+2Al+6H2O

6、=6Ag+2Al(OH)3+3H2S,2,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。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，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， 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

7、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。,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

8、电源；,(二)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。,1.下列反应中理论上不能设计成原电池的是（ ）,HCl ( aq ) + NaOH ( aq ) = NaCl ( aq ) + H2O ( l ); H 0 2CH3OH ( l ) +3O2 ( g ) = 2CO2 ( g ) + 4H2O ( l ); H 0 2Fe Cl3 ( aq) +Fe ( s ) + = 3Fe Cl2( aq) ; H 0 D. 2H2 ( g ) + O2 ( g ) = 2H2O ( l ) ; H 0,A,练习：,2、利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2 ，设计一个单液原电池，一个双液原

9、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+ 正极（Pt或C）：2Fe3+2e-=2Fe2+,FeCl3 溶液,3.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

10、（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-,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,总反应：Zn +

11、 Ag2O + H2O = Zn(OH)2 + 2Ag,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：,放电过程,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,充电过程,1、铅蓄电池,2、锂电池（非水有机溶剂电解液）,负极：

12、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,2H2 + 4OH- -4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e- =4OH-,总反应式：2H2 + O2 =2H2O,碱性燃料电池,负极：,正极：,2H2 4e- 4H+,O2 +4e- +4H 2H2O,总反应式：2H2 +O2 = 2H2O,酸性,负极：,正极：,1、氢氧燃料电池,2、甲烷燃料电池（电解质为KO

13、H）,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

14、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 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 负极上是O2获得电子，电极反

15、应式为： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 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

16、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。,2Fe - 4e- 2Fe2+,O2 +

17、 2H2O + 4e- 4OH-,2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2,4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x) H2O,进一步反应：,负极：,正极：,电池反应：,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 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,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

18、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,判断金属腐蚀快慢的规律 不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关： 1）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快； 2）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。 一般说来可用下列原则判断： （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,1. 2004年美国研制了一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂，在200 oC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 =2H2O D电池工作时1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移,D,课堂演练:,2. 一种大型蓄电系统的电池总反应为： 2Na2S2+NaB