【教学课件】第三讲化学能转化为电能-电池.ppt
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1、第三讲化学能转化为电能电池,1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应式和电池反应方程式。2了解常见化学电源的种类及其工作原理。3理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。,1电极反应方程式书写常考常新,考查形式多样,可能以选择题形式判断书写正误,也可能融入综合题目中具体书写。2与电解内容联合命题,原电池成为电解池的外接电源的设想大胆新颖,应多关注。3借助金属的电化学腐蚀和防护考查原电池原理也是高考的重要命题方式。,一、原电池及其工作原理1原电池装置能量转化:_转化为_。2原电池的电极 原电池的负极_金属发生_反应 向外电路_电子 原电池的正极_金属(或惰性电极如石墨)发
2、生_外电路提供的电子,化学能,电能,活泼,氧化,提供,不活泼,还原反应,接受,3原电池的构成条件(1)能自发地发生_。(2)电解质溶液(构成电路或参加反应)。(3)由还原剂和导体构成_极系统,由氧化剂和导体构成_极系统。(4)形成_(两电极接触或用导线连接)。,氧化还原反应,负,正,闭合回路,4工作原理(以锌铜原电池为例,如图所示),Zn,Cu,Zn2e=Zn2+,Cu+2e=Cu,正极,负极,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?提示盐桥的作用是连接两烧杯中的电解质溶液,使带电离子定向移动,使烧杯中电荷平衡,不能用一根导线连接,因为导线是不能传递阴阳离子的。,二、常见
3、化学电源,Zn2OH2e=Zn(OH)2,2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH,Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2,Pb(s)2eSO42(aq)=PbSO4(s),PbO2(s)2e4H(aq)SO42(aq)=PbSO4(s)2H2O(l),燃料电池与普通化学电池有何不同?提示燃料电池和普通电池不同,必须使用辅助电极,电极本身不参与反应,所采用的燃料一般为H2、CH4、CH3OH等,助燃剂一般为O2(或空气)。,三、金属的腐蚀和防护1金属腐蚀的本质金属原子_变为_,金属发生_。2金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀,失去电子,金属阳离子,氧化反应,非金属单质直接,
4、电解质溶液,无,有微弱,氧化,氧化,电化学,(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析:,水膜酸性较强(pH4.3),水膜酸性很弱或呈中性,Fe2e=Fe2,2H2e=H2,O22H2O4e=4OH,Fe2H=Fe2H2,2FeO22H2O=2Fe(OH)2,吸氧腐蚀,铁锈的形成:4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。3金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极保护法_原理a_:比被保护金属活泼的金属;b._:被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法_原理a_:被保护的金属设备;b._:惰性金属。(2)改变金属的内部结构,如制成
5、合金、不锈钢等。(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。,原电池,正极,电解,阴极,阳极,负极,影响金属腐蚀的因素有哪些?提示影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属的腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。,盐桥的作用(1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。(2)平衡电荷。如在Zn/ZnSO4Cu/CuSO4原电池中Zn失去电子Zn2进入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液中因Zn2增多而带正电荷。同时,CuSO4溶液则由于Cu2变成Cu,使得S
6、O42相对较多而带负电荷。通过盐桥中阴阳离子定向移动而使两极电解质溶液中正负电荷守恒而保持电中性。,一个作用,1“三池”的判断技巧原电池、电解池、电镀池判定规律:若无外接电源,可能是原电池,然后依据原电池的形成条件分析判定,主要是三看,先看电极,两极为导体且活动性不同;再看溶液,两极插入电解质溶液中;后看回路,形成闭合的回路。若有外接电源,两极插入电解质溶液中,则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池,其他情况为电解池。2串联电路中“原电池”与“电解池”的判断若无外接电源,必有一个是原电池,根据原电池的构成条件进行判断,其余是电解池。若有外接电源,则全是电解池
7、。,两种技巧,原电池的四个判定方法观察电极两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极);观察溶液两极插入溶液中;观察回路形成闭合回路或两极直接接触;观察本质原电池反应是自发的氧化还原反应。,四个观察,四个规律,金属腐蚀的四个规律电解池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。对同一种金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。活泼性不同的两金属,活泼性差别越大,腐蚀越快。对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。,原电池学习的关键是理解原电池的原理,大家可以画一画原电池的原理图,弄清离子的移向,电子的流向,两极的反应(负氧正还原)。对
8、于燃料电池要注意燃料在负极反应,O2在正极反应,要注意电解质溶液或传导介质的影响,如碱性条件下,CO2以CO32形式存在。,我的体会,在金属的电化学腐蚀中,做氧化剂的只有O2和H吗?提示不是。其他氧化性微粒也可以使金属发生电化学腐蚀。,问题征解,一、原电池的正负极的判断,必考点49 原电池正负极的判断方法和电极反应式的书写,二、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,如CH4酸性燃料电池中CH42O2=CO22H2O总反应式2O28H8e=4H2O正极反应式得:CH42H2O8e=CO28H负极反应式,【典例1】,已知在酸性条件下发生的反应为AsO432I2H=AsO3
9、3I2,H2O,在碱性条件下发生的反应为AsO33I22OH=AsO43H2O2I。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极),分别进行下述操作:,.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液结果发现电流表指针均发生偏转。试回答下列问题:(1)两次操作中指针为什么发生偏转?(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反?试用化学平衡移动原理解释之。(3)操作过程中C1棒上发生的反应为_;(4)操作过程中C2棒上发生的反应为_。(5)操作过程中,盐桥中的K移向_烧杯溶液(填“A”或“B”)。,解析由于酸性条件下发生反应AsO432I2H=AsO33I2H2O,碱性条件下发生反应AsO
10、33I22OH=AsO43H2O2I都是氧化还原反应。而且满足构成原电池的三大要素:不同环境中的两电极(连接);电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应);形成闭合回路。当加酸时,c(H)增大,C1:2I2e=I2,这是负极;C2:AsO432H2e=AsO33H2O,这是正极。当加碱时,c(OH)增大,C1:I22e=2I,这是正极;C2:AsO332OH2e=AsO43H2O,这是负极。,答案(1)两次操作中均能形成原电池,化学能转变成电能。(2)()加酸,c(H)增大,AsO43得电子,I失电子,所以C1极是负极,C2极是正极。()加碱,c(OH)增大,AsO33失电子,I2得电子,此时
11、,C1极是正极,C2极是负极。故发生不同方向的反应,电子转移方向不同,即电流表指针偏转方向不同。(3)2I2e=I2(4)AsO332OH2e=AsO43H2O(5)A,原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应,如果给出一个化学反应方程式判断正、负极,可以直接根据化合价的升降来判断,发生氧化反应的一极为负极,发生还原反应的一极为正极。判断电极时,不能简单地依据金属的活泼性来判断,要看反应的具体情况,如:a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极;b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后,比Cu等金属更难失电子,Cu等金属作负极,Fe、Al作正极。,原电池正负极判断的注意点
12、,【应用1】,(2013保定质检)原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池,电极反应正确的是()。A由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池,其负极反应式为Fe 3e=Fe3B由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池,其负极反应 式为Mg2e2OH=Mg(OH)2C由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,其正极反应 式为Cu2e=Cu2D由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,其负极反应式为 Cu2e=Cu2,解析由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池,Fe作负极,电极反应式为:Fe2e=Fe2,A错;由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池,电池总反应为2Al6H
13、2O2NaOH=2NaAl(OH)43H2,Al作负极,电极反应式为Al3e4OH=Al(OH)4,B错;由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,正极为Pb,电极反应式为Fe3e=Fe2,C错;由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,Al遇浓硝酸钝化,Cu作负极,电极反应式为Cu2e=Cu2,D对。答案D,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。例如,有两种金属a、b,用导线连接后插入到稀H2SO
14、4中,观察到a溶解,b极上有气泡产生,则推测a为负极,b为正极,则金属活动性ab。,必考点50原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用,3用于金属的防护使被保护的金属制品做原电池正极而得到保护。例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等,可用导线将其与一块锌块相连,使锌做原电池的负极。4设计电池,制造化学电源 如根据以下反应设计的原电池如下表所示:,5.探究金属腐蚀的快慢规律不同类型的腐蚀规律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,【典例2】,(2012吉林期末质检)实验发现,298 K时,在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后,Fe3立即被还原成Fe2。某化学兴趣小组根
15、据该实验事实设计了如下图所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是()。,A该原电池的正极反应是:Zn2e=Zn2B左烧杯中溶液的红色逐渐退去C该电池铂电极上有气泡出现D该电池总反应为:3Zn2Fe3=2Fe3Zn2解析正极是得电子的反应,A错误;左烧杯中的电极反应式为Fe3e=Fe2,B正确、C错误;因为在金属活动性顺序中铁排在H的前面,在酸性溶液中不会生成Fe,D错误。答案B,理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极。(2)确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;如为气体(如H2
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