化学反应与电能之原电池PPT课件(上课用)

化学反应与电能之原电池一、原电池的工作原理1．原电池把________转化为_____的装置。2．构成条件(1)具体两个_________不同的电极(金属和金属或金属和非金属)。(2)具有________溶液。(3)形成__________(或在溶液中相互_____)。化学能电能活泼性电解质闭合回路接触3．原电池的两极一般情况下：负极：活泼性______的金属，发生______反应。正极：活泼性______的金属或导体，发生______反应。较强氧化较弱还原4．电极反应式的书写和电荷移动方向(1)电极反应式的书写(如下图)负极：____，电极反应式：__________________。正极：____，电极反应式：____________________。电池反应：__________________________。ZnZn－2e－===Zn2＋CuCu2＋＋2e－===CuZn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu(2)电荷移动方向电子由______释放，经________沿导线流入______，电解质溶液中的________移向正极，在其表面得电子被______，形成一个闭合回路。负极外电路正极阳离子还原1．原电池的模型中常用盐桥连接，它的作用是什么？能否用一导线代替？提示：原电池通过盐桥中阴、阳离子的定向移动，(阳离子移向阴极，阴离子移向阳极)维持两个半电池的电中性，以使原电池连续工作，不能用导线来代替。二、化学电源1．一次电池(1)锌锰干电池碱性锌锰干电池比普通锌锰干电池性能优越，比能量大，储存时间长，能提供较大电流并连续放电。其中负极是____，正极是______，电解质是KOH，其电池反应方程式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。(氢氧化氧锰)ZnMnO2(2)银锌纽扣电池银锌纽扣电池的电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，发生氧化还原反应后生成Ag和ZnO。其中Zn为负极、______为正极，电池反应方程式为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。Ag2O2．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是___，正极材料是_____。(1)放电时的反应①负极反应：_______________________________②正极反应：_________________________________________________________③电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)PbPbO2Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(2)充电时的反应①阴极反应：__________________________________②阳极反应____________________________________________________________③电池总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。2．除H2外，CH3OH也可作燃料电池的燃料，请思考CH3OH作为燃料时，电池的总反应式该如何书写？提示：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O三、金属腐蚀1．金属腐蚀______腐蚀：直接与氧化剂反应而引起的腐蚀电化学腐蚀：因发生电化学反应伴有电流产生的腐蚀____________________化学析氢腐蚀吸氧腐蚀2．不同条件下金属腐蚀的快慢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护腐蚀措施的腐蚀原电池正负极的判断与电极反应式的书写1．原电池正负极的判断方法(1)根据氧化还原反应的原理来判断正极：接收电子发生还原反应的电极，负极：提供电子发生氧化反应的电极。如铜锌原电池中，锌失去电子，所以锌是负极。(2)由两极的相对活泼性判断正极：一般为相对活泼性较差的金属或导电的非金属；负极：一般为相对活泼性较强的金属。能够用这种方法判断正负极的原电池，其负极材料要和电解质溶液发生反应，如MgAlHCl构成的原电池中，负极为Mg，但MgAlNaOH构成的原电池中，负极为Al。(3)根据电子或离子的移动方向判断根据外电路中自由电子的运动方向判定：电子流出的为负极，流入的为正极；根据内电路中自由离子的运动方向判定：阳离子移向的为正极，阴离子移向的为负极。2．电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写(2)复杂电极反应式的书写正负极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为：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(2009年海南单科)LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为____________，发生的电极反应为________________________________________________________________________；(2)电池正极发生的电极反应为________________________________________________________________________；(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是________，反应的化学方程式为__________________________________________________；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是________________。【解析】(1)、(2)电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(3)由NaOH与SOCl2反应的产物为Na2SO3、NaCl可知，SOCl2与水反应生成H2SO3和HCl。(4)由于电池材料易与水、O2反应。【答案】(1)锂Li－e－===Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2(3)出现白雾，有刺激性气体生成SOCl2＋H2O===2HCl↑＋SO2↑(4)锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应友情提醒书写原电池电极反应式时要特别注意两点：一是电解质溶液的酸碱性，二是在燃料电池中往往有传导物质，注意其参与反应。1．(2010年合肥一中检测)固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作原理如图所示，已知电池中电解质为熔融固体氧化物，O2－可以在其中自由移动。下列有关说法科学合理的是()A．电极b为电池负极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－B．固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C．若H2作为燃料气，接触面上发生的反应为H2＋OH－－2e－===H＋＋H2OD．若C2H4作为燃料气，接触面上发生的反应为C2H4＋6O2－－12e－===2CO2＋2H2O解析：负极应该发生氧化反应，A错；电子在外电路中通过，固体氧化物通过氧负离子，B错；燃料在接触面上与氧负离子反应，失去电子，C错；D正确。答案：D原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。2．比较金属活动性强弱两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。3．从理论上揭示金属腐蚀的主要原因。(1)金属的化学腐蚀与电化学腐蚀(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀可见影响金属腐蚀快慢的因素有以下几点：①金属的活动性：金属越活泼，越容易被腐蚀；②纯度：不纯的金属比纯金属更易被腐蚀；③同一金属腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液；若为同一电解质溶液，则浓度越大，腐蚀越快；④电化学腐蚀：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护措施的腐蚀；两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越快，活泼金属被腐蚀得越快。(2009年广东理基)钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。下列说法正确的是()A．反应①、②中电子转移数目相等B．反应①中氧化剂是氧气和水C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀【解析】反应①中的氧化剂只有O2而没有H2O，因为H2O中的氢、氧元素的化合价均未发生变化，B错。C项中两种活泼性不同的金属相接触，较活泼的易发生腐蚀，故C项错误。钢铁在潮湿的空气中主要发生的是电化学腐蚀，D错误。【答案】A感悟提升金属腐蚀条件是要与水、氧气接触，这样容易发生电化学腐蚀，一般金属腐蚀的快慢为：原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护腐蚀措施的腐蚀；同一种金属的腐蚀：强电解质弱电解质非电解质。2．(多选)出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是()A．锡青铜的熔点比纯铜高B．在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用C．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快D．生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程解析：锡青铜属于合金，合金的特性是熔点比任何一种组分的熔点都低，选项A错；由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，B正确，潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率，C正确；电化学腐蚀过程实质是有电子的转移，属于化学反应过程，D错。选BC。答案：BC4．设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：(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及电解质溶液。①电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应。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(如空气中的氧气)。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应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜锌硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：========碱性溶液原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：(1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是________；负极的电极反应式是________。(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl—NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该电池的正极反应式________________________________________________________________________。(3)请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。【解析】(1)氧气在正极上发生还原反应生