第九讲原电池原理及应用

1原电池原理及应用一、原电池工作原理1．定义：原电池是将_______能转化为______能的装置。本质是发生了___________反应。2．构成原电池的条件：3．原电池正负的判断：（1）根据电极反应类型判断：本质判断负极：____电子，发生__________反应正极：____电子，发生__________反应（2）根据电子流动或电流的方向判断：电子由_________流出，流入__________；（3）由组成原电池的电极材料判断：一般情况下，负极_______________的金属；正极__________的金属或________导体，但是有例外燃料电池的两个电极可以相同，如铂电极或石墨电极等。例：Mg-Al-H2SO4中，_______是正极，_______是负极；Mg-Al-NaOH中，_______是正极，_______是负极（4）根据电解质溶液离子移动的方向判断：阳离子：向_____极移动；阴离子：向_____极移动（5）燃料电池中：燃料在_____极反应，氧化剂（通常为O2）在_______极反应4．原电池装置的设计：5．原电池与电解池的比较：原电池电解池电极名称由电极材料本身决定由电源决定负极（较活泼的金属）正极（不活泼金属或非金属或金属氧化物）阴极（与电源负极相连）正极（与电源正极相连）电极反应____电子，发生_______反应___电子，发生_______反应___电子，发生_______反应___电子，发生_______反应能量转变由______能转变为_______能由______能转变为_______能是否自发6．电极反应式的书写：（1）如果已给定原电池的组成：分析正负极→根据正负极反应规律去写电极方程式（2）如果已给定总反应方程式：分析有关元素化合价的变化确定氧化反应和还原反应→选择一个简单的变化去写电极反应→用总反应减已写反应得到另一个电极反应注意：对于可充电电池一定要看清“充电”、“放电”的方向，“放电”是作为原电池使用的，“充电”时是电解池。二、化学电源：化学电池的分类：一次电池：又叫干电池，活性物质消耗到一定程度就不能再使用了。二次电池：又叫充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。燃料电池：连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的电池。1．一次电池：（1）普通锌锰干电池：电解质-ZnCl2、NH4Cl、MnO2、淀粉糊负极（Zn筒）：Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O（2）碱性锌锰干电池：电解质-KOH溶液；总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)负极（Zn）：正极（MnO2）：[例1]．碱性锌锰电池获得了广泛的应用，根据电池的电极反应，下列判断正确的是（）A．Zn为负极，MnO2为正极B．Zn为正极，MnO2为负极C．工作时电子由MnO2经外电路流向Zn极D．Zn电极发生还原反应，MnO2电极发生氧化反应（3）银锌纽扣电池电解质：KOH溶液总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag负极（）：正极（）：电池工作时负极区溶液pH________，电解质溶液的pH_________。2（4）锂电池：这类电池的种类很多，本质上都是用活泼金属Li作负极。优点：电容量大，质轻，工作效率高，使用寿命长。2．二次电池（1）铅蓄电池：电解质总反应：负极（）：正极（）：当给铅蓄电池充电时，上述负极应与外电源的极相连。应用：汽车、摩托车的电瓶、宇宙火箭等。[例2]．铅蓄电池是化学电源，它工作时的电池总反应为：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。下列说法中正确的是（）A．铅的负极被还原B.溶液的pH不断减小C．SO42-只向正极移动D.电解液密度逐渐减小（2）镍镉电池：电解质：KOH溶液总反应：Cd+2NiO（OH）+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2负极（）正极（）3．新型燃料电池燃料电池的特点是：能量利用率高，设备轻便，减轻污染。（1）氢氧燃料电池若以KOH为电解质溶液总反应：负极：正极：若以H2SO4为电解质溶液负极：正极：（2）CH4燃料电池甲烷燃料电池：电极材料：一般为活性炭电极、铂电极电解质溶液若为KOH溶液负极：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O正极：电解质溶液若为H2SO4溶液负极：正极：再如CH3OH燃料电池若以KOH为电解质负极：正极：&&燃料电池的特点：（1）电极材料为相同材料（2）负极通燃气，正极通氧气（3）注意电解质溶液，影响电极反应的产物三、金属的腐蚀与防护(一)、金属的腐蚀1．金属腐蚀的本质：___________________________________2．化学腐蚀与电化学腐蚀的区别：化学腐蚀电化学腐蚀含义金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触，发生氧化还原反应而消耗的过程不纯金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应而消耗的过程电子得失金属直接将电子转移给有氧化性的物质活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质电流无电流产生有微弱电流产生腐蚀本质金属单质被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程实例金属与Cl2、O2等物质直接反应钢铁在潮湿的空气中被腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多，腐蚀速度也要快得多，危害也更大。3．电化学腐蚀（以钢铁为例）：在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，水膜里含有少量H+和OH-，以及溶解了O2等气体。Fe-C-水膜形成无数微小的原电池。（1）析氢腐蚀（酸性较强的溶液）总反应式：_______________________________负极：__________________________________正极：__________________________________（2）吸氧腐蚀（中性或弱酸性溶液）总反应式：__________________________________负极：__________________________________正极：______________________________________Fe2+OHFe(OH)22OFe(OH)3Fe2O3·xH2O(铁锈)3例1．以下现象与电化学腐蚀无关的是（）A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿B．生铁比软铁心（几乎是纯铁）容易生锈C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D．银质奖牌长期放置后在其奖牌的表面变暗例2．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+（二）、金属的防护1．金属电化学防护的方法：（1）（牺牲负极的正极保护法）：在轮船水线以下钉上锌板以防止船身的腐蚀（2）外加电源的保护法：2．其他方法：（1）改变金属结构：把金属制成防腐的合金（2）把金属与腐蚀性的试剂隔开：电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等3．金属防护的好坏规律：外加电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀原电池巩固练习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2．在铅蓄电池充、放电的过程中，发生还原反应的电极是（）A．充电时的阴极和放电时的负极B．充电时的阴极和放电时的正极C．充电时的阳极和放电时的负极D．充电时的阳极和放电时的正极3．有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线联接起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度盐酸中，d比a反应剧烈。将铜浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序（）A．dcabB．dabcC．dbacD．badc4．等质量的两份锌粉a和b，分别加入过量的稀硫酸中，a中同时加入少量CuSO4溶液，下列各图中表示其产生氢气总体积(V)与时间(t)的关系正确的是()5．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：(1/2)H2+NiO(OH)Ni(OH)2根据此反应式判断下列叙述中正确的是（）A．电池放电时，电池负极周围溶液的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6．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（）①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-②负极上CH4失去电子，电极反应式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-④电池放电后，溶液pH不断升高A．①②B．①③C．①④D．③④7．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是（）A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g48．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇Y2O3的氧化锆ZrO2晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是A．在熔融电解质中，O2由负极移向正极B．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：2C4H10＋26e＋13O2＝4CO2＋5H2OC．通入空气的一极是负极，电极反应为：O2＋4e＝2O2D．电池的总反应是：2C4H10＋13O28CO2＋10H2O9．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。高铁电池的总反应为下列叙述不正确．．．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—=FeO24+4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强10．锂电池是一种常用的电池，它广泛应用于心脏起搏器，一般可达十年之久，它的反应方程式为Li＋MnO2=LiMnO2，下列有关它的说法错误的是()A.它的负极是锂B.它是比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大的电池C.它的电解质溶液需用非水溶剂配制D.当有3.01×1023个电子转移时，正极消耗1mol11.有关右图装置中的叙述正确的是()A.这是电解NaOH溶液的装置B.这是一个原电池装置，利用该装置可长时间的观察Fe(OH)2沉淀的颜色C.Pt为正极，其电极反应为：O2＋2H2O＋4e→4OH—D.Fe为阳极，其电极反应为：Fe－＋2OH—→2Fe(OH)2+2e12.以多孔的铂为电极，采用右图装置在两极分别通入CH3OH和O2，使其在KOH溶液中发生反应产生电流，经测定，电子运动方向由a到b。下列叙述中正确的是（）A．A处通入O2B．正极的电极反应为12OH－+12e→3O2+6H2OC．负极的电极反应为2CH3OH+16OH―→2CO32－+12H2O+12eD．总反应的化学方程式为2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O13.锌银电池放电时起原电池作用，充电时起电解作用，常用KOH作电解质，放电时总的化学方程式为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。（1）写出放电时的电极