苏教版化学选修6《原电池》

课题1原电池学习目标1.通过原电池实验，加深对原电池工作原理的认识。2.通过制作氢氧燃料电池，了解燃料电池的工作原理。3.能用实验的方法证明钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的发生，并能用化学知识加以解释。课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案探究整合应用课题1课前自主学案自主学习1．原电池铜锌原电池(如图所示)也称为丹尼尔电池。这种电池用金属锌和铜作电极，锌电极放入________溶液中，铜电极放入________溶液中，两个电解质溶液之间用盐桥连接起来，两个电极用导线连接起来,并串联ZnSO4CuSO4一个电流计以便观察电流的产生和方向。在该原电池中，电流从铜电极流向锌电极(即电子由锌电极流向铜电极)。电子流出的电极叫____极，电子流入的电极叫____极。电极反应为：负极：_________________正极：_________________电池反应：________________________因此，会出现锌片质量_____，铜片上有红色物质析出，质量增加，通过电流计指针变化的现象，判断有______产生。负正Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===CuZn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu减小电流2．燃料电池燃料电池是将燃料与氧化剂发生氧化还原反应时的______能转化为_____能的装置。燃料电池广泛用于航天事业。氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：___________________正极：_________________________电池反应：__________________化学电2H2－4e－===4H＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H2＋O2===2H2O3．电化学腐蚀金属的电化学腐蚀是由于发生_________反应而引起的。例如，在潮湿的空气中，金属表面吸附了一层水膜，这层水膜中又溶解有少量____________________等气体，结果在金属表面形成了一薄层电解质溶液。钢铁是铁和碳的合金，它可以与表面的一层电解质溶液形成很多微小的原电池。在此原电池中，铁作为____极，碳作为____极。若钢铁表面形成的溶液呈酸性，则H＋在正极获得电子变为H2，负极的Fe失去电子成为Fe2＋进入水膜，发生_______腐蚀。其电极反应为：原电池CO2、SO2、O2负正析氢负极：__________________正极：___________________电池反应：_______________________若钢铁表面形成一层中性或偏碱性的电解质溶液,则溶解在水中的氧气将在正极获得电子，发生______腐蚀。其电极反应为：Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑吸氧负极：_____________________正极：_________________________电池反应：____________________________Fe(OH)2可进一步氧化成Fe(OH)3，反应的化学方程式：________________________________Fe(OH)3又可失水变成铁锈(通常以Fe2O3·nH2O表示)。2Fe－4e－===2Fe2＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3思考感悟(1)钢铁在空气中很容易被腐蚀，而纯铁却有较强的抗蚀性，为什么？(2)怎样利用电化学原理来防止金属的腐蚀？【提示】(1)金属的腐蚀是以电化学腐蚀为主的。钢铁都是铁的合金，其中含有一定量的碳，在潮湿的空气中，形成许多微小的原电池，加快了铁的腐蚀，而纯铁在空气中不发生原电池反应，仅有化学腐蚀，非常缓慢，故纯铁有较强的抗蚀性。(2)①可在被保护的金属上连接一更活泼的金属,如在轮船壳体上连接锌板。②也可用外接电源,将直流电源的负极接在被保护的金属上,防止金属被氧化。二、实验步骤1．原电池实验(1)在一块锌片(10cm×3cm)和一块铜片(10cm×3cm)之间放一块海绵，用棉线或橡皮筋固定好。用导线把小灯泡(2.5V0.3A)和锌片、铜片连接起来，插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图所示)，观察到的现象为________________________________________。铜片上有气体放出，灯泡出现短时间发光(2)一段时间后，向烧杯中加入1～2g重铬酸钾晶体(或高锰酸钾晶体，或5～10mL6%H2O2溶液),振荡，观察到的现象为_____________________________________________。(3)改用ZnC、AlCu为电极材料，分别与稀硫酸组合成原电池，按照上述实验装置和操作方法进行实验，会观察到类似的实验现象。2．制作氢氧燃料电池(1)把两根碳棒放在酒精喷灯(或煤气灯)火焰上灼烧2～3min后，立即投入到冷水中，反复操作3～5次，目的是________________________。灯泡又开始发光，亮度增大且持续时间较长使碳棒表面变得粗糙多孔(2)将经过灼烧的两根碳棒插入2mol·L－1KNO3溶液中，并与6V直流电源连接(如图中Ⅰ所示)，电解约20s，使两电极的碳棒上吸附较多的气泡。(3)切断电池，在两电极之间接上音乐集成电路(原来连接直流电源正极的碳棒应该与音乐集成电路的正极相连接，如图中Ⅱ所示)，观察到的现象为_______________________________，说明装置中产生电流。音乐集成电路产生动听的音乐3．金属的电化学腐蚀(1)析氢腐蚀取两根3～5cm长的铁钉，用稀盐酸除去铁锈。在其中一根铁钉上疏散地绕几圈光亮的细铜丝，使铜丝与铁钉紧密接触。把上述两根铁钉分别放入两支试管中，各加入3mL0.1mol·L－1盐酸和2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察到_________________上产生的气泡多,________________周围先出现蓝色沉淀(Fe2＋能与[Fe(CN)6]3－反应生成蓝色沉淀)。绕有铜丝的铁钉绕有铜丝的铁钉(2)吸氧腐蚀取一片铁片，用砂纸擦去铁锈，在铁片上滴1滴含酚酞的食盐水(如图所示)，静置1～2min，观察到的现象为___________。溶液变红色自主体验1．铜片和锌片用导线连接后插入稀H2SO4中，锌片是()A．阴极B．正极C．阳极D．负极解析：选D。原电池的两极分别命名为正、负极。铜片和锌片用导线连接后插入稀H2SO4中形成了原电池，其中锌失去电子作原电池的负极。2．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、PtFe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中()①铝合金是阳极②铝合金是负极③海水是电解液④铝合金电极发生还原反应A．②③B．②④C．①③D．①④解析：选A。较活泼的铝合金为负极(②对)，PtFe合金网为正极，海水是电解液(③对)，负极上发生氧化反应(④错)。3．下列有关电池的说法不．正确的是()A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极解析：选B。二次电池，即可充电电池，所以A项对。在铜锌原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，B项错。课堂互动讲练两种原电池的工作原理下列是我们常见的两种原电池装置，将它们进行比较：1．实验现象电流产生情况电极表面变化情况温度变化情况能量变化情况左上图装置有电流产生锌片质量减小，同时锌片上有红色物质析出，铜片质量增加溶液温度升高化学能转化为电能、热能右上图装置有电流产生锌片质量减小，铜片上有红色物质析出，铜片质量增加溶液温度不变化学能转化为电能2.实验分析(1)对于左上图装置，Zn片：Zn－2e－===Zn2＋Cu片：Cu2＋＋2e－===Cu同时在Zn片上，Zn可直接与CuSO4溶液反应，生成Cu与ZnSO4，因此该装置中既有化学能转化为电能，同时也有化学能转化为热能。(2)对于右上图所示原电池：使用盐桥，避免了Zn与CuSO4溶液的直接反应,电极名称及电极反应：锌片：负极Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)铜片：正极Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)总化学方程式：Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，Zn片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失去电子，形成Zn2＋进入溶液，从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片，CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上，随着反应的进行，左边烧杯中溶液c(Zn2＋)增大，右边烧杯中c(Cu2＋)减小，此时，盐桥中的Cl－会移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生电流。即：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。例1请回答下列问题：(1)电极X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。【解析】根据所给氧化还原反应方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，Cu应作负极，AgNO3溶液为电解质溶液，从而推知：(1)电极X的材料为铜，电解质溶液Y是AgNO3溶液。(2)银为原电池的正极，发生的电极反应为Ag＋＋e－===Ag。X电极上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋。(3)外电路中的电子从X(Cu)电极流向银(Ag)电极。【答案】(1)铜AgNO3溶液(2)正Ag＋＋e－===AgCu－2e－===Cu2＋(3)X(Cu)银(Ag)变式训练1(2011年绍兴高二检测)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④D．③④解析：选C。①Cu为负极，电子由Cu电极流向Ag电极；③取出盐桥，电池不能形成闭合回路，不能继续工作。燃料电池1．制作氢氧燃料电池2．燃料电池电极反应方程式的书写(1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。(2)燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料(如H2、CH4、CH3OH等)，在正极上参与反应的是空气或氧气，电解质溶液一般是KOH溶液。(3)书写电极反应方程式时，酸性条件下可用H＋和H2O配平；碱性条件下可用OH－和H2O配平。(1)今有2H2＋O2=======KOH溶液2H2O反应，设计成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式分别为：_____________、_____________。(2)如把KOH溶液改为稀硫酸作电解质溶液，则电极反应式分别为：____________、______________。(3)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解质溶液，则负极反应式为：___________________。例2【思路点拨】原电池原理→分析得失电子过程→判断正负极→书写电极反应式【解析】(1)碱性环境负极：氧化反应H2――→－e－OH－H2O正极：还原反应O2――→＋e－H2OOH－(2)酸性环境负极：氧化反应H2――→－e－H＋正极：还原反应O2――→＋e－H＋H2O(3)负极：氧化反应CH4――→－e－OH－CO2－3＋H2O【答案】(1)H2O2负极：2H2＋4OH－