原电池金属腐蚀和防护.ppt

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1、原电池,一、原电池原理,二、金属的腐蚀和防护,三、化学电源,一、原电池原理,.电流是如何产生的?,2.铜片上为什么有气泡?,锌片(-):Zn2e-Zn2,铜片(+):2H+2e-=H2,定义:把化学能转变为电能的装置。,实验分析：,.形成原电池的条件:,2.原电池的电极名称、电极反应、电极判断,负极：电子流出的一极，发生氧化反应，较活泼的一极,正极：电子流入的一极，发生还原反应，较不活泼的一极,锌片(-):2Zn2e-Zn 2,铜片(+):2H+2e-=H2,总反应：Zn+2H+=Zn2+H2,电子流动方向：负极-外电路-正极.电流方向:反,问题探究:,盐桥的作用是什么？材料：琼脂+饱和氯化钾

2、溶液或饱和硝酸铵溶液作用:可提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电中性。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。,3.标准原电池:,问题探究:,3.标准原电池:,问题探究:,负极：,正极：,总反应：,Zn2e-Zn2+,Cu2+2e-Cu,Zn+Cu2+Zn2+Cu,或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu,负极：,正极：,总反应：,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,Fe+2H+Fe2+H2,或 Fe+H2SO4FeSO4+H2,FeSO4,原电池原理的运用:,5.制作化学电池。许多有实际应用的化学电池，都是原电池原理的应用。,4.金属的腐蚀和防护,3.判断金属

3、腐蚀的快慢,2.比较金属活动性大小,例如：实验室Zn与稀硫酸反应制H2，用粗锌更快；或者在反应液中滴加少量的CuSO4溶液。,1.提高反应速率,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腐措施的腐蚀同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀的快,1.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.,(),(),练习1:,(),正极：,负极：,总反应：,Fe2e-Fe2+,Cu2+2e-Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,Fe+CuSO4Cu+FeSO4,(),(),负极：,正极：,总反应：,Zn2e-Zn2+,Cu2+2e-Cu,Zn+C

4、u2+Zn2+Cu,或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu,(),（a）构成原电池，铜是正极，锌为负极。（b）H+向铜片移动，并在铜片上发生氧化反应（c）H+向锌片移动（d）电子由铜片沿导线流向锌片,Cu,Zn,稀硫酸,2、观察右图,下列有关叙述正确的（）。,A,练习1:,3.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是,4.试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池,Zn+2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag,2Fe3+Fe=3Fe2+,(D),(ZnAgNO3C),(FeFe2(SO4)3C),A.铁

5、圈和银圈左右摇摆不定；B.保持平衡状态；C.铁圈向下倾斜；D.银圈向下倾斜；,练习1:,5.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2+Cu，该反应的原电池的正确组成是（）,D,练习1:,6.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，则这四种金属的活动性顺序由强到弱为_。,acdb,作为负极的金属较正极金属活泼，电子流动方向由负极流向正极，电流方向与电子流向相反。故可作出以下判断：acdb。,练习2:,7.(高考海南化学卷，原电池)依据氧

6、化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。,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。,铜(或Cu),AgNO3溶液,正,Age-=Ag,Cu-2e-=Cu2,负(Cu),正(Ag),练习2:,8.判断右边原电池的两极，并写出电极反应式。,浓HNO3溶液,负极：Cu-2e-=Cu2+正极：NO3-+e-+2H+=NO2+H2O,Cu Fe,稀硫酸溶液,NaOH溶液,稀硫酸 负极:Mg-2e-=Mg2+正极：2H+2e-=H

7、2,NaOH溶负极：Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2O正极：2H2O+2e-=H2+2OH-,2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2,Mg Al,Mg Al,练习2:,二、金属的腐蚀和防护,下列装置是否为原电池?如果是,请标出两极的名称,并写出电极方程式.,探究:,Fe,C,C自来水,Fe,C,B食盐水,Fe,C,A稀盐酸,(-)Fe:,Fe-2e-=Fe2+,(+)C:,2H+2e-=H2,总:,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O（铁锈）,2Fe-4e-=2Fe2+,O2+2H2O+4e-=4OH-,2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,4

8、Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,(-)Fe:,(+)C:,总:,A装置:,B C装置:,(-)Fe:,Fe-2e-=Fe2+,(+)C:,2H+2e-=H2,总:,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O（铁锈）,2Fe-4e-=2Fe2+,O2+2H2O+4e-=4OH-,2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,(-)Fe:,(+)C:,总:,A装置:,B C装置:,（1）化学腐蚀:金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。（2）电化学腐蚀:不纯的金属

9、跟电解质溶液接触时，发生原电池反应引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。,化学腐蚀,电化腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,（常见普遍）,金属腐蚀的类型:,金属阳离子,失e-,金属原子,金属腐蚀的本质：,一、金属的腐蚀：,电化腐蚀与化学腐蚀的比较:,不纯金属或合金与电解质溶液接触,金属与氧化剂直接接触,有微弱电流产生,无电流产生,较活泼金属被氧化，原电池反应,金属被氧化，简单氧化还原反应,化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生，但电化腐蚀更普遍，危害更严重,钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较:,Fe2O3nH2O（铁锈）,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,水膜呈强酸性,水膜呈弱酸性 中性 碱性,CO2、

10、SO2、H2S的H2O溶液,(-)Fe:,Fe-2e-=Fe2+,2Fe-4e-=2Fe2+,(+)C:,2H+2e-=H2,O2+2H2O+4e-=4OH-,总:,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,(-)Fe:,(+)C:,总:,金属腐蚀的危害:,使桥梁、建筑物的金属结构强度降低而造成坍塌,地下金属管道发生泄漏,轮船的船体损坏,金属及其设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废,惊人的数字:,发达国家每年有余金属腐蚀造成的直接损失约占全年国民生产总值的2%4%，远远超过水灾、风灾、地震等自然灾害造成损失

11、的总和。,1.如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）,若试管液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：；,若试管液面下降，则溶液呈 性，发生 腐蚀，电极反应式为：负极：正极：。,（2）,中性或碱性,吸氧,2Fe4e-2Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H2O+2e-=H2+2OH-或2H+2e-=H2,练习1:,2、,分析右图，按要求写出有关反应方程式：（1）铁棒上的电极反应式为：（2）碳棒上的电极反应式为：（3）溶液中发生反应的化学方程式：,原电池总反应2a+b+2c：2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)2,在空

12、气中的变化：（1）4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（2）氢氧化铁变成水合氧化铁即铁锈,正极:O2+2H2O+4e-4OH-(b),负极:Fe2e-Fe2+(a),溶液中的离子反应Fe2+2OH-=Fe(OH)2(c),练习1:,1、普通方法：隔绝空气、干燥储存,2、在金属表面覆盖保护层(电镀、油漆、钝化等),3、改变金属结构（如制成不锈钢）,4、电化学保护法（重点！）,牺牲阳极法和外加电流法。,二、金属的防护：,*电化学保护法,(1)牺牲阳极的阴极保护法,原理：形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。,(2)外加电流的阴极保护法,原

13、理:把要保护的钢铁设备作为阴极，另外用不溶性电极作为辅助阳极，两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源通电后，大量电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累，只要外加足够强的电压，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送，因而防止了钢铁的腐蚀,*电化学保护法,辅助阳极（不溶性）,白铁即镀锌铁板,当镀锌铁板出现划痕时，暴露出来的铁将与锌形成原电池的两个电极，且锌为负极，铁为正极，故铁板上的镀锌层将先被腐蚀，镀锌层腐蚀完后才腐蚀铁板本身。所以白铁更耐腐蚀。马口铁即镀锡铁板,当有划痕时，锡将成为原电池的正极，铁为负极，这样就会加速铁的腐蚀。,白铁与马口铁,资料:,1.下列各情况

14、，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),金属腐蚀由快到慢的规律:电解池的阳极原电池的负极无防护措施原电池的正极电解池的阴极,电解池的阳极,电解池的阴极,原电池的正极,原电池的负极,无防护措施,练习2:,2.下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是,(4),(2),(1),(3),练习2:,三、判断金属腐蚀快慢的规律：,一、不纯金属或合金的腐蚀快慢：（1）与构成原电池的材料有关，两极材料活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属腐蚀就越快；（2）与金属接触的电解质溶液的相关离子浓度大小相关，相关离子浓度越大，金属腐蚀越快。,二、

15、同样的电极材料：强电解质溶液引起的腐蚀弱电解质溶液引起的腐蚀非电解质引起的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,1.以下现象与电化学腐蚀无关的是()A.黄铜（铜锌合金）制做的铜锣不易产生铜绿B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D.银质奖牌久置后表面变暗,D,A中的Cu与Zn、B中的Fe与C、C中的Fe与Cu，它们中的两种物质与空气水膜形成原电池，其中较活泼的Zn、Fe、Fe作负极而被腐蚀，A中Cu不生成铜绿，B、C中铁生锈。D中Ag长期在空气中与硫化氢反应生成了少量Ag2S，而呈黑色。,练习3:,2.氢镍电池是近年开发出

16、来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2根据此反应式判断，下列叙述中正确的是A.电池放电时，电池负极周围溶液的OH-不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化C.电池充电时，氢元素被还原D.电池放电时，H2是负极,CD,练习3:,3.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在6500下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：。阴极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-总电池反应式：。,练习3:,2CO+2

17、CO32-4e-=4CO2,2CO+O2=2CO2,解析：本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2=2CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-。,解此类题目应把握好(1)放电的过程应用原电池原理，充电过程应用电解池原理。(2)从反应前后相关元素化合价的变化判断正负极、阴阳极等相关命题的正确性。(3)电极材料由金属和金属化合物构成，则金属为负极。电子得失均由两电极本身发生。(4)在书写电极反应式时，考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物、弱电解质等）。(5)介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出现H+离子。,