第二节-化学能与电能复习

1【知识网络】一、原电池：1、定义：把化学能转化为电能的装置。2、工作原理：电子外电路：负极（发生氧化反应）正极（发生还原反应）内电路：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。3、构成条件：两极（导体）、一液（电解质溶液）、闭合回路二、发展中的电源（见前一节教案）【本节拓展说明】利用原电池原理可设计出许多种具有实际应用价值的电源。当今电池工业已能制造出各种各样的实用电池，本节对新型和常见电池给予介绍。金属的电化学腐蚀是本节的难点，虽然电化学腐蚀发生的是原电池反应，但是一般金属内部结构复杂，并都含有杂质，实际上是金属与杂质金属，或金属与杂质非金属形成无数个微小原电池，使金属遭受腐蚀。另外，金属电化学腐蚀中金属接触的介质也很复杂，因此要有充分的微观想象能力，了解正极和负极所发生的反应和金属遭受腐蚀的实质。【拓展内容】一、电池具体分类判断1.第一类原电池：①两个活泼性不同的电极(金属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物)；②电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转移的氧化还原反应，一般是置换反应；③两电极插入电解质溶液中且用导线连接。方法：先找出两极相对活泼性，相对活泼的金属作负极，负极失去电子发生氧化反应，形成阳离子进入溶液；较不活泼的金属作正极，溶液中原有的阳离子按氧化性强弱顺序在正极上得到电子还原反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。如：Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg。但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al（Mg与NaOH溶液不反应，Al是两性金属，可以与NaOH溶液反应）。再分析进入溶液的微粒能否在电解质环境中存在（得失电子不能同时在同极上发生），不能存在时应考虑其与电解质之间的后续反应。如：Mg、Al在碱性环境中构成的原电池解析：在碱性环境中Al比Mg活泼，其反实质为Al与碱溶液的反应：2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O∴负极：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O正极：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-注意：Al-3e-=Al3+，此时Al3+在碱性环境不能稳定存在，会与OH-（过量）结合转化为AlO2-2.第二类原电池：①两个活动性不同的电极；②任何电解质溶液(酸、碱、盐皆可)；③形成回路。这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生置换反应，电解质溶液只起导电作用。正极一般是吸氧腐蚀的电极反应式：O2＋2H2O＋4e-＝4OH－。微电池(即若干微小的原电池)为不正规的原电池。合金或不纯的金属在潮湿空气中就能形成微电池。电化学腐蚀即微电池腐蚀，依然是原电池原理。一般原电池和微电池的区别在于前者中两个电极不直接接触，故前者电流是在导线中流动，而后者电流是在金属体内部流过。微电池腐蚀分为析氢腐蚀(发生在酸性较强的溶液里，正极上H+被还原)和吸氧腐蚀(发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧气被还原：O2＋2H2O＋4e-＝4OH－)。3.燃料电池：燃料电池的电极反应（主要是负极的电极方程式）是一个难点。我们知道，一般的燃料电池大多是可燃性物质（主要是可燃性气体）与氧气及电解质溶液共同组成的原电池，虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应，但其总反应方程式是可燃物在氧气中燃烧。由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物可能还要与电解质溶液反应，再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式，从而得到总反应方程式。由于在反应中氧气由0价变为－2价，所以肯定是O2得电子，即O2作氧化剂是正极，即可写出正极的电极反应式：O2+4e+2H2O=4OH_①(该反应式为常见的绝大多数燃料电池的正极反应式)。若此时电解质溶液为酸性，则反应过程可以理解为：正极上首先发生：O2+4e-=2O2-由于在酸性环境中大量存在H+故O2-会与H+结合成H20，故正极反应式应为：O2+4e-＋4H+＝2H2O②若电解质为中性或碱性时，则正极反应式就只是①。此时负极反应式就可由总电极方程式减去正极的电极方程式得到（注意要将方程式中的氧气抵消掉）。（1）直接法书写电极反应式：（以氢氧燃料电池为例）解析：H2、O2燃料电池中反应实质为：2H2+O2=2H2O电极上H2-2e-=2H+O2+4e-=2O2-2在不同环境中H+、O2-会与电解质发生不同的反应，故电极反应也相应不同：①、酸性环境中：H+能稳定存在，O2-会与H+结合成H20，负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4H++4e-=2H2O②、碱性环境中：H+不能稳定存在会与OH-结合成水，而O2-也不能稳定存在会与水结合形成OH-负极：2H2-4e-+4OH-=4H20正极：O2+2H2O+4e-=4OH-③、中性环境中：H+能稳定存在：02-会与H20结合成OH-：负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+2H20+4e-=4OH-④、在能传导O2-的固体电解质中：由于O2-能存在，而H+会与固体电解质中O2-结合形成水负极：2H2-4e-+2O2-=2H2O正极：O2+4e-=2O2-（2）加减法书写电极方程式：由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池。解析：CH3OH+O2→CO2+H2O……①但：CO2在碱性环境中不存在，会与OH-反应生成CO32-CO2+2OH_=CO32-+H2O……②故将①、②式进行叠加即为总反应：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O……③由于正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH_……④由于电解质溶液为碱性，所以正极的产物不再进一步反应，则负极的反应式为总反应方程式减去正极的反应式得到：2CH3OH+3O2＋4OH_-3O2-6H2O-12e-=2CO32-+6H2O-12OH_调整之后得（负极）：CH3OH＋8OH_－6e-＝CO32-＋6H2O二、金属的腐蚀和防护1、金属的腐蚀金属的腐蚀是指金属或合金与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。其实质是金属原子失去电子而被氧化。金属腐蚀通常分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。化学腐蚀是指金属与接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。其本质是金属被氧化。电化学腐蚀：它是金属氧化成金属离子的同时，有电流产生的腐蚀。它实质上是金属中形成无数个微小原电池，金属作负极被氧化而腐蚀。电化学腐蚀是金属的最主要腐蚀。如钢铁在中性和弱酸性条件下发生的电化学腐蚀，负极是铁，正极是碳。其电极反应为：负极Fe：2Fe－4e－2Fe2+正极C：2H2O+O2+4e－4OH－化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟氧化剂直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生2、金属的防护金属的防护主要是采用阻止在空气中发生金属制品的原电池反应。常用的办法有：(1)改变金属内部的组成和结构。如将金属制成各种合金。(2)在金属表面加保护层。如在金属表面覆盖油漆、搪瓷、电镀等。(3)电化学保护。它是根据原电池原理而形成的一种保护方法，如轮船的下部镶嵌着许多金属锌块。锌块能有效地保护钢铁船体不被海水腐蚀。因为，锌比铁活泼，当锌和钢铁镶嵌在一起，在海水中就构成许多原电池，锌为负极，失去电子被氧化成锌离子被腐蚀，而钢铁为正极，不被损耗得到防护。3【典例精析】类型一：原电池的判断1.下列装置中能组成原电池形成电流的是()答案：B类型二：原电池的工作原理2.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，此金属是()A.MgB.FeC.AlD.Cu答案：B3.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.逐渐变小答案：C类型三：利用原电池判断金属的性质强弱4.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为()A．abcdB．acdbC．cab.dD．bdca答案：B类型四：原电池的构成条件5.一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是（）ABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl答案：C类型五：电极反应式的书写：6.科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料，依靠人体内液体中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作，回答下列问题（1）负极材料是______；电极反应式是____________________（2）正极材料是______；电极反应式是___________________答案：Zn:2Zn-4e-=2Zn2+；Pt:O2+2H2O+4e-=4OH-7、航天技术中使用的氢—氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应方程式都可表示为2H2+O22H2O，酸式氢—氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为2H2－4e4H+，则其正极反应表示为________；碱式氢—氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为O2+2H2O+4e－4OH－，则其负极反应可表示为_______。解析：原电池正极发生还原反应：O2+2H2O+4e－=4OH－4在酸性溶液中，4OH－+4H+4H2O，故正极反应式为：O2+4H++4e－2H2O原电池负极发生还原反应：2H2－4e－4H+在碱性溶液中，4H++4OH－4H2O，所以负极反应式为：2H2+4OH－－4e－4H2O答案：O2+4H++4e－2H2O2H2+4OH－－4e－4H2O类型六：利用原电池可加快反应速率8.实验室欲快速制取氢气，可以用：A.纯锌和稀硫酸B.粗锌跟稀硫酸反应C.粗锌跟硝酸反应D.用CuSO4溶液浸过的锌粒和稀硫酸反应答案：BD9.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应。2FeCl3＋Cu＝2FeCl2＋CuCl2（1）、画出装置图（2）、写出电池正、负极反应的离子方程式答案：正极：Fe3＋＋e-＝Fe2+负极：Cu－2e-＝Cu2+【高考链接】（2004年天津）12．下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是Aa电极是负极Bb电极的电极反应为：4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置答案：B。（2004年江苏）[i]．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6.5g答案：C。