第十二课时电化学Ⅰ原电池2学生

第十二课时电化学Ⅰ原电池（一）原电池的形成条件原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。原电池的构成条件有三个：（1）电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。（2）两电极必须浸泡在电解质溶液中。（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化还原反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。形成前提：总反应为自发的氧化还原反应电极的构成：a.活泼性不同的金属—锌铜原电池，锌作负极，铜作正极；b.金属和非金属（非金属必须能导电）—锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极；c.金属与化合物—铅蓄电池，铅板作负极，二氧化铅作正极；d.惰性电极—氢氧燃料电池，电极均为铂。电解液的选择：电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。原电池正负极判断：负极发生氧化反应，失去电子；正极发生还原反应，得到电子。电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极例题1：(00全国)下列关于实验现象的描述不正确．．．的是（）A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B．用锌片做阳极，铁片做做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D．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【答案】C【解析】A、D都构成了原电池，现象描述正确。铜在金属活动顺序表中排在铁之后，不能置换铁。例题2：（2011北京高考8）结合下图判断，下列叙述正确的是A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－＝Fe2＋C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－＝4OH－D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀解析：锌比铁活泼，装置Ⅰ中锌作负极，方程式为Zn－2e－=Zn2＋。铁作正极，但溶液显中性，所以发生锌的吸氧腐蚀，正极反应是O2＋2H2O＋4e－＝4OH－；铁比铜活泼，装置Ⅱ中铁作负极，负极反应为Fe－2e－＝Fe2＋。铜作正极，但溶液显酸性，所以正极是溶液中的氢离子得电子，方程式为2H++2e－=H2↑。因为装置Ⅰ中没有Fe2＋生成，所以装置Ⅰ中加入少量K3Fe(CN)6溶液时，没有蓝色沉淀产生。综上所叙，只有选项A是正确的。答案：A随堂练习1.分析下图，属于原电池的有（）2.(02广东)在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是（）A．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应C．原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应（二）电极反应方程式的书写负极：活泼金属失电子，看阳离子能否在电解液中大量存在。如果金属阳离子不能与电解液中的离子共存，则进行进一步的反应。例：甲烷燃料电池中，电解液为KOH，负极甲烷失8个电子生成CO2和H2O，但CO2不能与OH-共存，要进一步反应生成碳酸根。正极：①当负极材料能与电解液直接反应时，溶液中的阳离子得电子。例：锌铜原电池中，电解液为HCl，正极H+得电子生成H2。②当负极材料不能与电解液反应时，溶解在电解液中的O2得电子。如果电解液呈酸性，O2+4e-+4H+=2H2O；如果电解液呈中性或碱性，O2+4e-+2H2O=4OH-。特殊情况:①Mg-Al-NaOH，Al作负极。负极：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O；正极：2H2O+2e-=H2↑+2OH-②Cu-Al-HNO3，Cu作负极。注意：Fe作负极时，氧化产物是Fe2+而不可能是Fe3+；肼（N2H4）和NH3的电池反应产物是H2O和N2无论是总反应，还是电极反应，都必须满足电子守恒、电荷守恒、质量守恒。pH变化规律电极周围：消耗OH-(H+)，则电极周围溶液的pH减小（增大）；反应生成OH-(H+)，则电极周围溶液的pH增大（减小）。溶液：若总反应的结果是消耗OH-(H+)，则溶液的pH减小（增大）；若总反应的结果是生成OH-(H+)，则溶液的pH增大（减小）；若总反应消耗和生成OH-(H+)的物质的量相等，则溶液的pH由溶液的酸碱性决定，溶液呈碱性则pH增大，溶液呈酸性则pH减小，溶液呈中性则pH不变。例题2：一种新型燃料电池，它是用两根惰性金属做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入甲烷和氧气，发生的电极反应为：X极：CH4＋10OH－―8e－＝CO32－＋7H2OY极：4H2O＋2O2＋8e－＝8OH－关于此燃料电池的下列说法中错误的是A．X极为负极，Y极为正极B．工作一段时间后，KOH的物质的量不变C．在标准状况下通入5.6LO2完全反应，则有1.0mol电子发生转移D．该电池工作时甲烷一极附近溶液的pH降低【答案】B【解析】B由于正负极反应OH－减少了随堂练习：1.Li­Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池的电池反应式为：2Li＋FeS＝Li2S＋Fe，电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－＝Li2S＋Fe，有关该电池的下列说法中，正确的是（）A.Li­Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价B.负极的电极反应式为：2Li－2e－＝2Li＋C.负极的电极反应式为：Al－3e－＝Al3＋D.充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－＝2Li＋＋FeS（三）电化腐蚀1.吸氧腐蚀吸氧腐蚀金属在酸性很弱或中性溶液里，空气里的氧气溶解于金属表面水膜中而发生的电化腐蚀，叫吸氧腐蚀．例如钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，其电极反应如下：负极（Fe）：2Fe-4e-=2Fe2+正极（C）：2H2O+O2+4e-=4OH-钢铁等金属的电化腐蚀主要是吸氧腐蚀．2.析氢腐蚀在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中，钢铁表面会吸附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H+增多。是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微小原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是：负极（铁）：Fe-2e-=Fe2+；铁被氧化正极（碳）：2H++2e-=H2↑；溶液中的H+被还原这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出，铁被腐蚀，所以叫析氢腐蚀。析氢腐蚀定义金属在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。例题3：(00苏浙理综)钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是（）A．2H++2e→H2B．2H2O+O2+4e→4OH—C．Fe－2e→Fe2+D．4OH—－4e→2H2O+O2【答案】C【解析】钢铁的电化学腐蚀，主要是吸氧腐蚀，负极铁原子失去2个电子生成铁2价离子，（因铁过量，不能生成铁3价）；正极O2得到电子形成O2－与水分子结合生成OH－。随堂练习：1.家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生．．．的化学反应是（）A．4Fe(OH)2+2H2O+O2＝4Fe(OH)3↓B．2Fe+2H2O+O2＝2Fe(OH)２↓C．2H2O+O2+4e－＝４OH－D．Fe－3e－＝Fe3+（四）常用原电池方程式1．Cu─H2SO4─Zn原电池正极：2H++2e-→H2↑负极：Zn-2e-→Zn2+总反应式：Zn+2H+==Zn2++H2↑2．Cu─FeCl3─C原电池正极：2Fe3++2e-→2Fe2+负极：Cu-2e-→Cu2+总反应式：2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+3．钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀正极：O2+2H2O+4e-→4OH-负极：2Fe-4e-→2Fe2+总反应式：2Fe+O2+2H2O==2Fe（OH)24．氢氧燃料电池（中性介质）正极：O2+2H2O+4e-→4OH-负极：2H2-4e-→4H+总反应式：2H2+O2==2H2O5．氢氧燃料电池（酸性介质）正极：O2+4H++4e-→2H2O负极：2H2-4e-→4H+总反应式：2H2+O2==2H2O6．氢氧燃料电池（碱性介质）正极：O2+2H2O+4e-→4OH-负极：2H2-4e-+4OH-→4H2O总反应式：2H2+O2==2H2O7．铅蓄电池（放电）正极(PbO2)：PbO2+2e-+SO42-+4H+→PbSO4+2H2O负极(Pb)：Pb-2e-+(SO4)2-→PbSO4总反应式：Pb+PbO2+4H++2(SO4)2-==2PbSO4+2H2O8．Al─NaOH─Mg原电池正极：6H2O+6e-→3H2↑+6OH-负极：2Al-6e-+8OH-→2AlO2-+4H2O总反应式：2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑9．CH4燃料电池(碱性介质)正极：2O2+4H2O+8e-→8OH-负极：CH4-8e-+10OH-→(CO3)2-+7H2O总反应式：CH4+2O2+2OH-==(CO3)2-+3H2O10．熔融碳酸盐燃料电池（Li2CO3和Na2CO3熔融盐作电解液，CO作燃料）：正极：O2+2CO2+4e-→2(CO3)2-(持续补充CO2气体)负极：2CO+2(CO3)2--4e-→4CO2总反应式：2CO+O2==2CO211．银锌纽扣电池(碱性介质)正极(Ag2O)：Ag2O+H2O+2e-→2Ag+2OH-负极(Zn)：Zn+2OH--2e-→ZnO+H2O总反应式：Zn+Ag2O==ZnO+2Ag*提高训练*1.人造卫星用到的一种高能电池—银锌电池，其电极反应为：Zn+2OH－－2e错误!未找到引用源。Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e错误!未找到引用源。2Ag+2OH－根据反应式判断氧化银是()A．负极被氧化B．正极被还原C．负极被还原D．正极被氧化2．某原电池总反应离子方程式为2Fe3++Fe错误!未找到引用源。3Fe2+，能实现该反应的原电池是()A．正极Cu，负极Fe，电解质为FeCl3溶液B．正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)2溶液C．正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液D．正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液3.以下现象与电化腐蚀无关的是()A黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿B生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈C锈质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D银质奖牌久置后表面变暗4.（2011安徽高考12）研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是：A.正极反应式：Ag＋Cl－－e－=AgClB.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子C.Na＋不断向“水”电池的负极移动D.AgCl是还原产物5.一种新型燃料电池，它是用两根金属做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通甲烷和氧气，其电池反应为：X极：O7HCO8e10OHCH2234Y极：8OH8e2OO4H22下列关于此燃料电池的有关说法中错误的是（）A．通过甲烷的电极（X）为电池的负极，通过氧气的电极（Y）为电池正极B．放电一段时间后，电