原电池工作原理及其应用(一)

原电池原理及其应用(一)【考纲点击】1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池总反应式2.了解常见化学电源的种类及其工作原理3.了解金属发生电化学腐蚀的原因以及防护措施知识回顾一､原电池的工作原理1.定义把_____转化为____的装置｡2.构成条件(1)具有两个_______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｡4.电极反应式的书写和电荷移动方向(1)电极反应式的书写负极:___,电极反应式:____________正极:___,电极反应式:____________电池反应:________________较强氧化较弱还原ZnZn-2e-＝Zn2+Cu2H++2e-＝H2↑Zn+2H+＝Zn2++H2↑(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二､化学电源1.干电池锌-锰干电池的负极材料是___,正极材料是____｡在负极上,___失e-被氧化,在正极上,____得e-被还原。锌片石墨ZnMnO22.铅蓄电池如铅蓄电池:H2SO4作电解液(1)放电时负极:__________________正极:____________________________总反应:_____________________________(2)充电反应为电解过程,是放电反应的逆过程阴极:_______________阳极:______________________________总反应:____________________________Pb+SO42--2e-＝PbSO4PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2OPbSO4+2e-＝Pb2+PbSO4+2H2O-2e-＝PbO2+4H++SO42-2PbSO4+2H2O＝Pb+PbO2+2H2SO43.燃料电池(1)a.氢氧液体燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ2=2H2O酸性负极正极中性负极正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=4H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-固体电解质介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O负极正极负极正极2H2-4e-+2O2－=2H2OO2+4e-=2O2－2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=2H2O3.燃料电池b.氢氧固体燃料电池(2)CH4燃料电池:电解质为KOH负极:__________________________正极:_____________________总反应:__________________________(3)CH3OH燃料电池:电解质为KOH负极:________________________________正极:______________________总反应:_______________________________CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O2O2+4H2O+8e-＝8OH-CH4+2O2+2OH-＝CO32-+3H2O2CH3OH+16OH--12e-＝2CO32-+12H2O3O2+6H2O+12e-＝12OH-2CH3OH+3O2+4OH-＝2CO32-+6H2O三､金属的腐蚀与防护1.金属的腐蚀(1)概念金属与周围的空气或液体物质发生_______反应而引起损耗的现象｡(2)分类一般分为____腐蚀和______腐蚀两种｡氧化还原化学电化学(3)化学腐蚀金属跟接触到的_______气体或液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀｡(4)电化学腐蚀①概念:___的金属跟________接触时,因为发生____反应而引起的腐蚀｡②分类氧化性不纯电解质溶液原电池a.析氢腐蚀在金属外面的水膜呈_____性时发生析氢腐蚀｡以钢铁为例:负极(Fe):___________正极(C):_____________较强酸Fe-2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑b.吸氧腐蚀在金属外面的水膜____很弱或呈____或中性,溶解一定量__时发生吸氧腐蚀｡以钢铁为例:负极(Fe):______________正极(C):________________总反应:_____________________氧化过程:__________________________脱水过程:___________________________酸性碱性O22Fe-4e-＝2Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH-2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)32Fe(OH)3＝Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O2.金属的防护(1)改变金属的内部结构,使其成为防腐蚀金属,如制成______等｡(2)加防护层,如在金属表面___________________或表面钝化等方法｡喷油漆､涂油脂､电镀､喷镀不锈钢(3)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法——_____原理a.__极(阴极):被保护的金属设备b.__极(阳极):比被保护的金属活泼的金属②外加电流的阴极保护法——电解原理a.阴极:被保护的金属设备b.阳极:惰性电极原电池正负【例1】一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳｡该电池负极发生的反应是()A.CH3OH(g)+O2(g)-2e-＝H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)B.O2(g)+4H+(aq)+4e-＝2H2O(l)C.CH3OH(g)+H2O(l)-6e-＝CO2(g)+6H+(aq)D.O2(g)+2H2O(l)+4e-＝4OH-[答案]C[解析]正极发生还原反应,负极发生氧化反应,首先根据题意写出电池总反应式和正极反应式,用总反应式减正极反应式即得负极反应式｡总反应式:2CH3OH(g)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(l)正极反应式:O2(g)+4H+(aq)+4e-＝2H2O(l)负极反应式:CH3OH(g)+H2O(l)-6e-＝CO2(g)+6H+(aq)变式1:某固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物作为电解质,其中O2-可以在其内部自由通过｡其工作原理如图所示,下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是()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,则接触面上发生的反应为：H2+2OH--4e-＝2H++H2OD.若C2H4作为燃料气,则接触面上发生的反应为：C2H4+8O2--12e-＝2CO2+2H2O答案:D解析:A项,电极b上通入的空气或氧气,是得电子的物质,故b应为电池的正极｡B项,电子无法通过电解质溶液(即电子只能通过外电路)｡C项,由于该固体氧化物燃料电池中没有H2O,更没有H+和OH-,H2失电子后,与O2-结合起来生成H2O,电极反应式应为H2+O2--2e-＝H2O｡D项,C2H4作为燃料气,失去e-后,再与O2-结合,会生成CO2和H2O两种物质｡即:C2H4+8O2--12e-＝2CO2+2H2O｡【例2】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[答案]B[解析]本题考查实用电池的有关知识｡手机用电池是可充电电池,A对｡铜锌原电池,Cu为正极,Zn为负极,外电路中电子由负极流向正极,B错｡燃料电池将化学能转化为电能,C对｡锌锰干电池,Zn为负极,D对｡变式2:新型高能钠硫电池以熔融的钠､硫为电极,以钠离子导电的陶瓷为固体电解质｡该电池放电时为原电池,充电时为电解池｡反应原理为:2Na+xS=Na2Sx｡请回答下列问题:(1)放电时S发生________反应,Na为______极｡(2)充电时Na所在电极与直流电源________极相连｡(3)充电时阳极反应为_________________;放电时负极反应为_______________｡(4)用此电池电解饱和NaCl溶液,当阳极产生11.2L(标准状况)气体时,消耗金属钠________g｡还原负负2Na-2e-＝2Na+23Xs+2e-=Sx2-[解析]作为原电池(放电)时,金属Na为电池的负极,失电子,发生氧化反应:2Na-2e-＝2Na+;S作为正极,得电子,发生还原反应:xS+2e-＝Sx2-;电池充电时是作为电解池,Na+在Na所在电极得电子,发生还原反应,该电极为阴极,与直流电源的负极相连,Sx2-在阳极失电子,发生氧化反应:Sx2--2e-＝xS｡用此电池电解饱和NaCl溶液,阳极有11.2L气体(Cl2)生成时,即有1mole-转移,所以消耗1mol,即23g金属钠｡【例3】(2010·北京卷)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-＝Fe3+[答案]B[解析]本题考查金属的腐蚀和防护,意在考查考生对金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用｡钢管与电源正极相连,则钢管作阳极,发生氧化反应而被腐蚀,A项错误;铁遇冷浓硝酸表面钝化,在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀,B项正确;钢管与铜管露天堆放在一起,形成原电池时钢管作负极,发生氧化反应而被腐蚀,C项错误;钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应为:Fe-2e-＝Fe2+,D项错误｡变式3: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答案:A[解析]本题综合考查“电化学腐蚀”与氧化还原反应的基本概念｡由①②知,均转移4mol电子,A正确｡由①知,Fe是还原剂,O2是氧化剂,H2O在反应前后化合价不变,B错｡Fe､Cu构成原电池,Fe为负极,加速腐蚀,C错｡钢铁在潮湿的空气中能形成原电池,发生电化学腐蚀,D错｡