2013版化學復(fù)習方略課件6.2 原電池 金屬的腐蝕與防護（蘇教版·浙江專用）

1、第二單元 原電池 金屬的腐蝕與防護,………三年26考 高考指數(shù):★★★★★1．了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.了解常見的化學電源的種類及其工作原理。3.理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。,一、原電池1.概念：把________轉(zhuǎn)化為_____的裝置。2.構(gòu)成條件(1)有兩個___________的電極(常見為金屬或石墨)。(2)將電極插入__________

2、_中。(3)兩電極間構(gòu)成_________。,化學能,電能,活潑性不同,電解質(zhì)溶液,閉合回路,3．工作原理如圖是Cu-Zn原電池，請?zhí)羁眨?1)電極。負極為____，正極為____。,Zn,Cu,(2)電極反應(yīng)。負極：_____________，正極：______________。(3)電子方向和電流方向。電子從_____流出經(jīng)外電路流入______；電流從_____流出經(jīng)外電路流入______。(4)離子的

3、遷移方向。電解質(zhì)溶液中，陰離子向_____遷移，陽離子向_____遷移。,Zn-2e-====Zn2+,Cu2++2e-====Cu,負極,正極,正極,負極,負極,正極,(5)兩種裝置的比較。裝置Ⅰ中還原劑Zn與氧化劑Cu2+直接接觸，易造成能量損耗；裝置Ⅱ能避免能量損耗，裝置Ⅱ中鹽橋的作用是提供離子遷移通路。,二、化學電源的種類及其工作原理1.一次電池(不能反復(fù)使用)(1)堿性鋅錳干電池。,2MnO2+2H2O+2e-====

4、2MnOOH+2OH-,Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2,(2)銀鋅鈕扣電池。負極(Zn)，電極反應(yīng)式：_______________________;正極(Ag2O)，電極反應(yīng)式：____________________________；電池反應(yīng)方程式：____________________________。,Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH-

5、,Zn+Ag2O+H2O====Zn(OH)2+2Ag,2.二次電池(可多次充放電)以鉛蓄電池為例(1)放電時的反應(yīng)。①負極反應(yīng)：_____________________②正極反應(yīng)：________________________________③總反應(yīng)：Pb+PbO2+4H++2SO42-====2PbSO4+2H2O,Pb+SO42--2e-====PbSO4,PbO2+4H++SO42-+2e-====PbSO4

6、+2H2O,(2)充電時的反應(yīng)。①陰極反應(yīng)：___________________②陽極反應(yīng)：________________________________③總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O====Pb+PbO2+4H++2SO42-,PbSO4+2e-====Pb+SO42-,PbSO4+2H2O-2e-====PbO2+4H++SO42-,3.燃料電池氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分為酸性和堿性兩種。,2H2-4e-

7、====4H+,2H2+4OH--4e-====4H2O,O2+4H++4e-====2H2O,O2+2H2O+4e-====4OH-,三、金屬的腐蝕與防護1.化學腐蝕和電化學腐蝕的比較,現(xiàn)象,條件,本質(zhì),區(qū)別,無電流產(chǎn)生,金屬被腐蝕,金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應(yīng),不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng),M-ne-====Mn+,較活潑金屬被腐蝕,有電流產(chǎn)生,注：通常兩種腐蝕同時存在，但電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多，危害也更嚴重。,2.

8、鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕,水膜性質(zhì),Fe+2H+ ==== Fe2++H2↑,Fe-2e-==== Fe2+,2Fe+O2+2H2O ==== 2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O ==== 4Fe(OH)32Fe(OH)3 ==== Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O,弱酸性或中性或堿性,酸性,負極反應(yīng),正極反應(yīng),2H++2e- ==== H2↑,2H2O+O2+4e- ==== 4OH-,總反應(yīng),其他反

9、應(yīng),注：吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍,3.金屬的防護(1)犧牲陽極的陰極保護法利用____________。(2)外加電流的陰極保護法利用____________。(3)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)→如制成不銹鋼。(4)加保護層→如電鍍、噴漆、覆膜等。,原電池原理,電解池原理,1.不是所有化學反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。( )【分析】正確。只有氧化還原反應(yīng)才可以設(shè)計成原電池。2.原電池的兩電極中，通常較活潑的電極一定為負極。( )【分

10、析】錯誤。不一定，如鋁、鎂和NaOH溶液構(gòu)成的原電池，鋁作原電池的負極，鎂作原電池的正極。3.燃料電池的反應(yīng)條件是燃燒。( )【分析】錯誤。燃料電池利用的是可燃物燃燒這一氧化還原反應(yīng)，但絕不是燃燒。,√,×,×,4.可充電電池中的電極反應(yīng)是可逆反應(yīng)。( )【分析】錯誤?？沙潆婋姵氐某潆娕c放電不是在相同條件下發(fā)生的，故它不是可逆反應(yīng)。5.外加電流的陰極保護法是將被保護金屬接在直流電源的正極。(

11、)【分析】錯誤。接直流電源的正極相當于電解池的陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，使金屬腐蝕得更快。,×,×,原電池的構(gòu)成及電極反應(yīng)式的書寫1.原電池的構(gòu)成——“兩極一液一回路”,2.正、負極的判斷,,,,,,,,,,,,,,,,,3.電極反應(yīng)式的書寫(1)一般電極反應(yīng)式的書寫。,,,,,,,,,負極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),列出參加反應(yīng)的微粒和得失電子數(shù),在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中要生成穩(wěn)定的電極產(chǎn)物，即H+、OH-、H2

12、O等是否參加反應(yīng),遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒、電子守恒,兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)式對照驗證,,(2)復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫。,=,-,如CH4酸性燃料電池中，電極反應(yīng)式為：CH4+2O2====CO2+2H2O……總反應(yīng)式2O2+8H++8e-====4H2O……正極反應(yīng)式CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+……負極反應(yīng)式,【拓展延伸】原電池正負極的其他判斷方法(1)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動判斷。在原電池的電

13、解質(zhì)溶液中，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。(2)根據(jù)電池總反應(yīng)判斷。反應(yīng)中的還原劑是負極的活性物質(zhì)，對應(yīng)的電極為負極；氧化劑則是正極上得電子的活性物質(zhì)，對應(yīng)的電極為正極。,【高考警示鐘】(1)負極本身不一定都參加反應(yīng)，如燃料電池中，作為負極的材料本身并不參加反應(yīng)。(2)不注意電解質(zhì)溶液的成分，容易誤寫電極反應(yīng)式，如Al負極，在酸性溶液中生成Al3+，在堿性溶液中生成AlO2-。(3)在原電池中離子移動方向容易誤判。陽離子移向

14、正極，陰離子移向負極。,【典例1】生物燃料電池(BFC)是以有機物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池，其能量轉(zhuǎn)化效率高，是一種真正意義上的綠色電池，其工作原理如圖所示。,已知C1極的電極反應(yīng)式為：C2H5OH+3H2O－12e－====2CO2+12H+。下列有關(guān)說法不正確的是( )A．C1極為電池負極，C2極為電池正極B．電子由C2極經(jīng)外電路導(dǎo)線流向C1極C．C2極的電極反應(yīng)式為O2+4H++4e－===

15、=2H2OD．該生物燃料電池的總反應(yīng)式為：C2H5OH+3O2====2CO2+3H2O,【解題指南】解答本題時應(yīng)注意以下兩點：(1)燃料電池中通入燃料的一極一定為負極；(2)正極產(chǎn)生的OH-要與溶液中的H+反應(yīng)。,【解析】選B。燃料電池中，通入燃料的一極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，通入氧氣的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A、C項正確；電子由負極經(jīng)外電路流向正極，B項錯誤。,【技巧點撥】燃料電池的電極判斷及電極反應(yīng)式的書寫(1)作為燃料

16、電池，充入氧氣的一極一定是正極，充入燃料的一極為負極。(2)書寫正負電極反應(yīng)時，要先寫簡單的一極，如燃料電池，一般先寫正極反應(yīng)。當介質(zhì)為堿性時，電極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e-====4OH-，當介質(zhì)為酸性溶液時，電極反應(yīng)式為4H++O2+4e-====2H2O，然后用總反應(yīng)減去該電極反應(yīng)，即可得出另一極反應(yīng)(前提是電量守恒)。,【變式訓(xùn)練】(2011·海南高考改編)根據(jù)如圖，下列判斷中正確的是( )A．Fe極作負極

17、B．燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng)C．燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e－====H2↑D．燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl－－2e－====Cl2↑【解析】選B。Zn比Fe活潑，所以Zn作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Zn－2e－====Zn2+，故A、D錯誤；Fe作正極，氧氣在該電極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H2O+O2+4e－====4OH－，C錯。,【變式備選】MCFC型燃料電池可同時供應(yīng)電和水蒸氣，其工作溫度為600～700

18、 ℃，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3。該電池的總反應(yīng)式為：2H2+O2====2H2O，負極反應(yīng)為：H2+CO32--2e-====H2O+CO2。則下列推斷中，正確的是( )A．正極反應(yīng)為4OH--4e-====2H2O+O2↑B．當電池生成1 mol水時，轉(zhuǎn)移4 mol電子C．放電時CO32-向負極移動D．通H2的一極為負極，發(fā)生還原反應(yīng),【解析】選C。A項，正極反應(yīng)應(yīng)有O2參加，故A錯誤；B項，根據(jù)總電極反應(yīng)

19、式可知，當生成1 mol水時，轉(zhuǎn)移2 mol電子，B錯誤；C項，因負極上氫氣失電子，從而負極帶上了正電荷，故放電時CO32-向負極移動，C正確；D項，通H2的一極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，D錯誤。,原電池工作原理的應(yīng)用1．比較金屬的活動性強弱原電池中，一般活動性強的金屬作負極，而活動性弱的金屬(或非金屬)作正極。如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線將A和B連接后，插入到稀硫酸中，一段時間后，若觀察到A極溶解，而B極上有氣體放出，則說明A作負極，

20、B作正極，則可以斷定金屬活動性A＞B。,2．加快化學反應(yīng)速率由于形成了原電池，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。如Zn與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu-Zn原電池，加快反應(yīng)進行。3．用于金屬的防護使需要保護的金屬制品作原電池正極而受到保護。例如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道或鋼鐵橋梁，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。,4.設(shè)計制作化學電源設(shè)計原電池要緊扣構(gòu)成原電池的三個條件。(1)首先將已知氧化還原

21、反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng)。(2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點，結(jié)合兩個半反應(yīng)找出正負極材料(負極就是失電子的物質(zhì)，正極用比負極活潑性差的金屬即可，也可以用石墨)及電解質(zhì)溶液。①電極材料的選擇在原電池中，選擇活潑性較強的金屬作為負極；活潑性較弱的金屬或非金屬作為正極，并且原電池的電極必須導(dǎo)電。一般來說，負極應(yīng)該跟電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。,②電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(yīng)(如溶

22、解于溶液中的空氣)。但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如在Cu-Zn-硫酸構(gòu)成的原電池中，負極Zn浸泡在含有Zn2+的電解質(zhì)溶液中，而正極Cu浸泡在含有Cu2+的電解質(zhì)溶液中。,(3)按要求畫出原電池裝置圖。如根據(jù)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+設(shè)計原電池：負極：Cu-2e-====Cu2+正極：2Fe3++2e-====2Fe2+,【

23、高考警示鐘】(1)能設(shè)計成原電池的反應(yīng)一定是放熱的氧化還原反應(yīng)，吸熱反應(yīng)不可能將化學能轉(zhuǎn)化為電能。(2)利用原電池原理可加快制氫氣的速率，但可能影響生成氫氣的量。需注意生成氫氣的總量是取決于金屬的量還是取決于酸的量。(3)設(shè)計原電池時，負極材料確定之后，正極材料的選擇范圍較廣，只要合理都可以。,【典例2】某校化學研究性學習小組欲設(shè)計實驗驗證Fe、Cu的金屬活動性，他們提出了以下兩種方案。請你幫助他們完成有關(guān)實驗項目：方案Ⅰ：有人提

24、出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動性。該原理的離子方程式為_______。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計成原電池，以確定它們的活動性。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式。,正極：_________________________________________；負極：________________________

25、_________________。方案Ⅲ：結(jié)合你所學的知識，幫助他們再設(shè)計一個驗證Fe、Cu活動性的簡單實驗方案(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)_________________________________________________，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：______________________________________________________________________?！窘忸}指南】解答該題可

26、考慮以下兩點：(1)兩種金屬作電極構(gòu)成原電池時，活潑性強的金屬作負極。(2)根據(jù)單質(zhì)與鹽的置換反應(yīng)可以證明Fe和Cu的活潑性。,【解析】方案Ⅰ：鐵可以和稀硫酸(或稀鹽酸)反應(yīng)生成H2，而Cu在金屬活動性順序表中位于H的后面，不能置換出酸中的氫。方案Ⅱ：利用原電池原理證明金屬活動性Fe＞Cu，可以把鐵片作為原電池的負極，銅片作為原電池的正極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，按要求組成閉合回路，畫出裝置圖，并寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式。也可以設(shè)計鹽橋組

27、成原電池。方案Ⅲ：可以利用金屬與鹽溶液的置換反應(yīng)驗證金屬的活潑性。把鐵片插入CuSO4溶液中觀察現(xiàn)象。,答案：Ⅰ：Fe＋2H+====Fe2+＋H2↑Ⅱ：,正極：2H+＋2e-====H2↑或Cu2+＋2e-====Cu負極：Fe－2e-====Fe2+Ⅲ：把一個光潔的鐵片插入到CuSO4溶液中，觀察現(xiàn)象Fe＋Cu2+====Fe2+＋Cu,【互動探究】在以上題目中，是通過設(shè)計原電池，利用原電池的工作原理，驗證了鐵的金屬活動性

28、強于銅。但是，是否鐵與銅分別作電極構(gòu)成的原電池中，鐵一定作為原電池的負極呢？提示：不一定，用鐵、銅和濃硝酸構(gòu)成的原電池中，因鐵在常溫下和濃硝酸發(fā)生鈍化，故它不再繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)，而銅則容易和濃硝酸發(fā)生氧化反應(yīng)，表現(xiàn)為失電子，故銅成為了原電池的負極，鐵成為了原電池的正極。,1.下列關(guān)于原電池的敘述正確的是( )A．構(gòu)成原電池的正極和負極必須是兩種不同的金屬B．原電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C．原電池中電子流出的一極是負極，該

29、極被還原D．原電池放電時，電流的方向是從負極到正極,【解析】選B。A項，構(gòu)成原電池的正極和負極可以是兩種不同的金屬，也可以是一種金屬，一種非金屬；B項，原電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置；C項，原電池中電子流出的一極是負極，該極被氧化；D項，原電池放電時，電流的方向是從正極到負極。,2.下列圖示裝置屬于原電池的是( )【解析】選B。原電池的形成條件之一就是存在活動性不同的兩種金屬或金屬、非金屬，故A錯誤；另一條件是存在電解

30、質(zhì)溶液或兩電極直接接觸，故C錯誤；再者就是構(gòu)成閉合回路，D項，沒有構(gòu)成閉合回路，D錯誤。,3.(2012·溫州模擬)下列有關(guān)電化學的說法正確的是( )A.燃料電池是將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷.鉛蓄電池在放電時，正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb(s)+SO42- (aq)-2e-====PbSO4(s)C.電解飽和食鹽水制燒堿采用離子交換膜法，可防止陰極室產(chǎn)生的Cl2進入陽極室D.鋼鐵電化學腐蝕的兩種類型主要區(qū)別在于

31、水膜的pH不同，引起的正極反應(yīng)不同,【解析】選D。燃料電池可將可燃物和O2反應(yīng)過程中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽皇侨紵a(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，A錯；鉛蓄電池的正極反應(yīng)為：PbO2+2e-+SO42-+4H+====PbSO4+2H2O,B錯；電解飽和食鹽水時，Cl2是陽極產(chǎn)物，C錯;鋼鐵的兩種電化學腐蝕取決于水膜的pH，發(fā)生不同的正極反應(yīng)，D正確。,4.X、Y、Z、W 4塊金屬分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中組成原電池。X、Y相連時，X為負極

32、；Z、W相連時，電流方向是W→Z；X、Z相連時，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷4種金屬的活動性順序是( )A.X＞Z＞W(wǎng)＞Y B.Z＞X＞Y＞W(wǎng)C.X＞Y＞Z＞W(wǎng) D.Y＞W(wǎng)＞Z＞X,【解析】選A。由“X、Y相連時，X為負極；Z、W相連時，電流方向是W→Z”得出金屬活動性順序為X＞Y，Z＞W(wǎng)；再由“X、Z相連時，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；

33、W、Y相連時，W極發(fā)生氧化反應(yīng)”得出金屬活動性順序為X＞Z，W＞Y。,5.2011年8月美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學共同研制成功了用于潛航器的鎂-過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。電池總反應(yīng)是：Mg+H2O2+2H＋====Mg2＋+2H2O，其工作原理如圖所示：以下說法中錯誤的是( )A．電池的負極反應(yīng)為：Mg-2e－====Mg2＋B．電池工作時，H＋向負極移動C．電池工作一段時間后，溶液的pH增大D．H2O2的還原

34、產(chǎn)物為H2O,【解析】選B。電池工作時，H＋應(yīng)向正極移動，B錯誤；C項，由電極總反應(yīng)式Mg+H2O2+2H＋====Mg2＋+2H2O可知，H+被消耗，故pH變大，C正確。,6.由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗。,根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題：(1)裝置甲中負極的電極反應(yīng)式是__________。(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)式是__________。(3)裝置丙中溶液的pH__________(填“變大”、“變小”或“不變

35、”)(4)四種金屬活動性由強到弱的順序是__________。,【解析】(1)裝置甲中二價金屬A不斷溶解，A極為原電池負極，電極反應(yīng)式是A－2e-====A2+。(2)裝置乙中C的質(zhì)量增加，則C極為原電池正極，溶液中的Cu2+得電子析出，電極反應(yīng)式為Cu2+＋2e-====Cu。(3)裝置丙中A上有氣體產(chǎn)生，則析出的氣體為H2，反應(yīng)一段時間后溶液的pH變大。(4)三個裝置中關(guān)于金屬活動性的比較分別為：甲中A＞B，乙中B＞C，丙中