化学电源与金属腐蚀与防护.ppt

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1、1.了解常见的化学电源。2.掌握原电池电极反应式的书写。3.了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法。,高 考 要 求：,化学电源与金属腐蚀与防护,解决原电池问题的出发点和基本原则是：书写电极反应式，注意几点：（1）电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应式的一切规则（如“拆”、“平”）；（2）负极失电子所得氧化产物、正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在、在碱性溶液中以形式CO3-存在）；（3）溶液中不存在O2-在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与H2O结合成OH-。（4）两极反应相加得到总反应，总反应减去负极反应得到正极反应

2、、总反应减去正极反应得到负极反应。,一、化学电源,1、干电池：,普通干电池，又称锌锰电池。干电池的外壳是锌筒，作负极。中间的一根石墨棒是正极，在石墨棒和锌筒之间，充满了二氧化锰、炭黑、浸湿的氯化铵及其他糊状填充物。干电池在使用时，两极通过金属导线连接起来形成了外电路，电子从锌筒负极流出，经外电路而流入石墨棒正极。,2、铅蓄电池：,在铅蓄电池里，装有铅锑合金制成的栅状极板。正极的极板上有二氧化铅，负极的极板上是海绵状的铅。两种极板都浸泡在硫酸溶液中。,负极：PbSO422ePbSO4,正极：PbO24H+SO422ePbSO42H2O,根据原电池的工作原理分析，负极失去电子发生氧化反应，可知：P

3、b 2e-Pb2+,生成的Pb2+进入电解质溶液中，Pb2+与溶液中的SO42-不能共存，要继续反应生成PbSO4，即：Pb2+SO42-PbSO4，因此在原电池的负极反应式为+即：Pb 2e-+SO42-PbSO4；正极是得电子发生还原反应的一极，则有;PbO2+2e-Pb2+2O2-,Pb2+和O2-进入溶液中，由于电解质溶液是H2SO4溶液，O2-在酸性环境中，不能单独存在，可供O2-结合的微粒由H+和H2O，O2-在酸性环境中优先结合H+生成H2O，这样在正极发生的反应有：4H+2O2-2H2O；Pb2+SO42-PbSO4根据以上分析可知正极反应式为+即：PbO2+2e-+SO42-

4、+4H+PbSO4+2H2O。（注意：在电极反应式中应遵循电荷守恒和质量守恒；在负极反应式与正极反应式相加求总反应时要注意得失电子数要相等。）,我国首先研制出以铝空气海水电池为能源的新型航标灯，只要把灯放入海水中数分钟就会发出耀眼的光线，其能量比普通干电池高2050倍。试推测此电池的基本结构：负极材料是，铁能否做正极材料？负极反应 正极反应 总反应。,3.海水电池,负极：Al正极：活泼性比 Al 弱的导体,电极反应方程式：,负极：,Al 3e-=Al3+,O2+4e-+2H2O=4OH-,正极,得失电子守恒,请写出反应总的方程式,4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,AgZn高能电池：由

5、Ag2O、Zn及KOH溶液组成。总反应为：Zn+Ag2O+H2O Zn（OH）2+2Ag根据原电池原理可知：Zn做负，Ag2O做正极，电解质溶液为KOH溶液。负极极失去电子发生氧化反应，则负极反应为：Zn 2e-Zn2+,Zn2+进入溶液后又与溶液中的OH-反应Zn2+2OH-Zn（OH）2。所以负极反应为：Zn 2e-+2OH-Zn(OH)2;正极为Ag2O得到电子发生还原反应，即Ag2O+2e-2Ag+O2-O2-在中性或碱性环境中也不能单独存在，只能结合H2O生成OH-，故在中性或碱性条件下O2-+H2O 2OH-，所以正极反应式为：Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-。,4.钮扣

6、电池,银锌电池（钮扣式电池）的正极是由氧化银和少量石墨组成的活性材料，负极是锌汞合金，电解质为氢氧化钾溶液，电极反应为 Zn2OH2eZnOH2O、Ag2OH2O2e2Ag2OH；总反应为：Ag2OZn2AgZnO，下列判断正确的是（）,A、锌为正极，Ag2O为负极B、锌为负极，Ag2O为正极C、原电池工作时，负极区PH减小D、原电池工作时，负极区PH增大,B、C,5.燃料电池：,燃料电池能将燃料跟氧气起化学反应时所产生的化学能转变为电能。正极和负极都用多孔碳或多孔镍、铁等制成。从负极连续通入煤气、水煤气、氢气、甲烷等可燃性气体物质；从正极连续通入空气或氧气。用碱（如KOH）的水溶液或熔融的碳

7、酸盐、金属氧化物（如K2CO3、MgO等）做电解液。化学反应的最终产物和燃烧时的产物相同。燃料电池的能量利用率高于燃料直接燃烧，可达70%以上。,H2 O2电池是常用的一种燃料电池，构造如图所示：H2和O2分别从电池的负极和正极通入，穿过浸入2040的KOH溶液的多孔碳电极，电极反应是：,2H2+4OH4e=4H2O,总反应式：,负极：,正极：,O2+2H2O+4e=4OH,2H2+O2=2H2O,说明在书写电极反应时,不仅要考虑氧化剂和还原剂，还要注意电解质溶液对产物存在形式的影响。碱性介质的电极反应中不能出现H+，酸性介质的电极反应中不能出现OH。如氢氧燃料电池中，若用碱溶液作电解质溶液，

8、电极反应为：,若用硫酸溶液作电解质溶液，则电极反应为：,正极：O22H2O4e4OH负极：2H24OH4e4H2O,正极：O24H4e2H2O负极：2H24e4H,用铂丝作电极，插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，构成燃料电池。,正极：,负极：CH4+10OH8e=CO32+7H2O,总反应式：,CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,2O2 4H2O8e8OH,溶液的pH减小,练习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为阴极燃气，空气与CO2的混合气体为阳极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电

9、极反应式：阴极反应式：2CO2CO324e4CO2阳极反应式为.总电池反应式：。,O22CO24e2CO32,2COO22CO2,原电池电极方程式书写关键,1、明确原电池两极的反应物、产物及化合价的变化。,2、判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H+、OH-参与反应）。,3、反应式要满足质量、得失电子及电荷守恒。,例1、银锌蓄电池是一种高能电池，它的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，放电时它的正、负两极的电极反应式如下：Zn+2OH-2e=Zn(OH)2 Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH下列判断正确的是 A锌为负极，氧化银为正极；B锌为正极，氧化银为负极；C原电池工作时

10、，负极区溶液pH增大；D原电池反应的化学方程式为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag,AD,原电池总方程式实际就是两个电极反应式的加和，同样两个电极反应式的书写就是将总方程式拆开。,例2、用石墨做电极电解3mol/LKCl和0.5mol/LAl2(SO4)3混合液时，下图中表示电解变化的曲线合理的是,电解池总方程式反映的是电解前后电解质溶液的变化，而两个电极反应式反映的是电解的实质（或原理），故二者往往不一样。,二、金属的腐蚀与防护,金属腐蚀的本质：金属原子失去电子被氧化为阳离子的过程。,电化学腐蚀与化学腐蚀的区别与联系,钢铁在潮湿空气中的腐蚀就属于最突出的电化学腐蚀。,(1)吸附

11、水分，形成水膜。,(2)吸收CO2、O2等，形成电解质稀溶液。,(3)溶液与钢铁表面的铁和碳构成无数个微小的原电池。,腐蚀的过程,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示意图,2H+2eH2,2Fe4e2Fe2+,Fe2eFe2+,2H2OO24e4OH,Fe2H+Fe2+H2,2FeO22H2O2Fe(OH)2,4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3,Fe(OH)3Fe2O3nH2O(铁锈),负极：,正极：,总反应式：,金属防护的方法,1、改变金属的内部组成结构制成不锈钢。,2、防止金属与外界接触（在金属表面覆盖保护层）喷、涂、镀。,3、电化学保护法（牺牲负极的正极保护法）,练习1：下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度由快到慢的顺序是（）A B C D,金属腐蚀快慢的判断规律,在同一电解质溶液中，电解原理引起的阳极腐蚀原电池原理引起的负极腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。,三、原电池可加快反应速率：,练习：Zn与100mL1mol/L盐酸反应的实验中，若设想向溶液中加入少量的醋酸钠，溴化铜，醋酸铜(均为可溶性)，并测定生成H2的速率(mL/min)，预计三种方案的速率大小是 A B C D,课堂小结,1.了解常见的化学电源。2.掌握原电池电极反应式的书写。3.了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法。,