1、课时17 原电池及其应用【课时导航】课时17 原电池及其应用(本课时对应学生用书第7478页)【课时导航】复习目标1. 理解原电池工作原理，能写出常见的简单电极反应式和电池总反应方程式。2. 了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3. 认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。4. 了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料电池和研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。知识网络问题思考问题1 判断原电池正、负极的方法有哪些?问题2 原电池原理有哪些应用?【自主学习】考点1 原电池的工作原理【基础梳理
2、】1. 概念：原电池是将 转化为 的装置。2. 构成原电池的条件：(1) 一般有两个 的电极。(2) 将电极插入 中。(3) 用导线连接电极构成 。(4) 能自发进行的 。3. 电极及电极反应(1) 负极：电子 、电流 的一极，电解质溶液内，一般是 离子移向的那一极，通常是活泼性较 的金属，电极上发生 反应。(2) 正极：电子 、电流 的一极，电解质溶液内，一般是 离子移向的那一极，通常是活泼性较 的金属，电极上发生 反应。【举题说法】例题1 (2015 苏州一模)用铜片、银片、Cu(NO 3)2溶液、AgNO 3溶液、导线和盐桥(盛有KNO 3-琼脂的 U形管) 构成一个原电池，见下图。以下
3、有关该原电池的叙述正确的是( )在外电路上，电流由铜电极流向银电极正极反应：Ag +e- Ag盐桥中的N 3O移向AgNO 3溶液，K +移向Cu(NO 3)2溶液将铜片浸入AgNO 3溶液中发生的化学反应与该原电池的总反应相同A. B. C. D. 【答案】 C【解析】 由于活泼性：CuAg，故Cu电极为电源的负极，电流由银电极流向铜电极，错误；正极是Ag，电极反应式为Ag +e- Ag，正确；原电池中，阴离子移向负极，阳离子移向正极，错误；该原电池反应的原理是Cu+2AgNO 3Cu(NO3)2+2Ag，正确。变式1 (2015 安徽高考)常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中
4、组成原电池(如图1)，测得原电池的电流强度(I )随时间( t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0t 1时，原电池的负极是 Al片，此时，正极的电极反应式是 ，溶液中的H +向 极移动。 t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是 。图1 图2【答案】 2H +N-3O+e- NO2+H2O 正 Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应【解析】 0t 1时，原电池的负极是 Al片，溶液中产生的红棕色气体是二氧化氮，故正极反应式为2H +N-3+e- NO2+H2O，此时溶液中的氢离子移向正极；一段时间后，由于Al在浓硝酸中发生钝化，导致原电池中Al作正极，Cu作负
5、极，电子流动方向改变。原电池正、负极的判断方法考点2 常见的化学电源【基础梳理】1. 一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用。(1) 干电池总反应：Zn+2MnO 2+2NH4Cl ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O负极： 正极：2N 4H+2e- 2NH3+H2、2MnO 2+H2 Mn2O3+H2O(2) 碱性锌锰电池总反应：Zn+2MnO 2+H2O Zn(OH)2+Mn2O3负极： 正极： 2. 二次电池：放电后能充电复原继续使用。铅蓄电池总反应：Pb+PbO 2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电时原电池负极： 正极： 充电时电解池阴极： 阳极： 放电时原电池的负极
6、作充电时电解池的 极。3. 燃料电池：将燃料燃烧的化学能直接转化为电能的装置。(1) 氢氧燃料电池总反应： 酸性介质负极： 正极： 碱性介质负极： 正极： 熔融的金属氧化物作介质负极： 正极： 碳酸盐作介质负极： 正极： (2) 乙醇- 氧气燃料电池(正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写出负极反应式即可) (碱性介质) (酸性介质) (碳酸盐作介质) (熔融的金属氧化物作介质) 【举题说法】例题2 (2015 江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )A. 反应CH 4+H2O 3H2+CO，每消耗1 mol CH 4转移12 mol电子B
7、. 电极 A上H 2参与的电极反应为H 2+2OH-2e- 2H2OC. 电池工作时，C2-3向电极B 移动D. 电极B上发生的电极反应为O 2+2CO2+4e- 2C2-3【答案】 D【解析】 反应CH 4+H2O 3H2+CO，C元素化合价由-4价升高到+2价，H元素化合价由+1价降低到 0价，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，故A错误；电解质为熔融碳酸盐，H 2参与的反应为H 2+C-3-2e- H2O+2CO2，故B错误；电池工作时，C2-3O向负极移动，即向电极A移动，故C错误； B为正极，氧气得电子结合CO2生成 C-，电极反应为 O2+2CO2+4e- 2C2-3O，故
8、D 正确。变式2 (2016 南京、盐城一模)最近中美研究人员发明了一种可快速充放电的铝离子电池，该电池电解质为离子液体AlCl 3EMIMCl，放电时有关离子转化如下图所示。下列说法正确的是( )A. 放电时，负极发生：2AlC-4l-e- Al2C-7l+Cl-B. 放电时，电路中每流过3 mol电子，正极减少27 gC. 充电时，泡沫石墨极与外电源的负极相连D. 充电时，阴极发生：4Al 2C-7l+3e- Al+7AlC-4l【答案】 D【解析】 放电时，活泼的金属铝是负极，铝发生氧化反应生成铝离子，铝离子与AlC-4l结合生成 Al2C-7l，所以电极反应式为Al-3e -+7AlC
9、-4l4Al2C-7l，A错误；放电时，正极上AlC-4进入溶液，负极上Al失电子，则电路中每流过3 mol电子，负极减少27 g， B错误；充电时正极与外接电源的正极相连，则泡沫石墨极与外电源的正极相连，C错误；充电时，Al 2C-7l在阴极得电子发生还原反应，即阴极发生：4Al2C-7l+3e- Al+7AlC-4l，D正确。1. 可充电电池原理示意图2. 有机燃料电池电极反应式的书写以乙醇(碱性)燃料电池为例：写出C 2H5OH的燃烧化学方程式，以确定转移的电子数：C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O由O 2可推出转移的电子数为12，也可以根据碳元素化合价变化确定转移电子数(乙醇中碳
10、元素平均价态为-2价，CO 2中碳元素为 +4价，化合价升高了6，表示一个碳原子失去6个电子，一个乙醇分子中有2个碳原子，共失去12个电子)。负极反应：C 2H5OH为失电子的还原性物质(只有在碱性条件下转变为C2-3O，其他情况均转变为CO 2)正极反应：在碱性条件下，O 2为得电子的物质总反应式：C 2H5OH+3O2+4OH- 2C2-3O+5H2O考点3 金属的腐蚀与防护【基础梳理】1. 金属的腐蚀(1) 化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。(2) 电化学腐蚀：不纯的金属或合金发生 所引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。(3) 化学腐蚀与电化
11、学腐蚀的比较类型 化学腐蚀 电化学腐蚀概念金属与接触到的物质直接发生化学反应引起的腐蚀不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会形成原电池，较活泼的金属失去电子被氧化腐蚀条件 金属与强氧化剂直接接触 不纯的金属或合金，表面潮湿现象 无电流产生 有弱电流产生本质 金属被直接氧化的过程，不形成 因形成原电池而使较活泼的金属被氧化的原电池 过程实例 氯气工厂里铁制品被腐蚀 钢铁的腐蚀腐蚀速率电化学腐蚀化学腐蚀相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大(4) 钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀条件 水膜酸性较强(pH4.3) 水膜酸性很弱或呈中性负极反应Fe-
12、2e- Fe2+正极反应2H+2e- H2 O2+2H2O+4e- 4OH-其他反应Fe2+2OH- Fe(OH)2、4Fe(OH) 2+O2+2H2O 4Fe(OH)3、2Fe(OH)3 Fe2O3xH2O(铁锈 )+(3-x)H2O相对较少 是主要的腐蚀类型发生情况 活动性弱于氢(H) 的金属(如铜)只能发生吸氧腐蚀，不能发生析氢腐蚀2. 金属的防护(1) 改变金属的内部结构。如把Ni、Cr等加到普通钢中制成不锈钢。(2) 覆盖保护层： 涂油脂、喷油漆、覆盖搪瓷、包裹塑料等；电镀耐腐蚀的金属(Zn、 Sn、Cr、Ni等)。(3) 电化学保护：可采用 ，如在船只的螺旋桨附近的船体上镶嵌锌块。
13、另外，也可采用与直流电源负极相连接的阴极保护法，如将大型水坝船阀与直流电源负极相连接。【举题说法】例题3 (2014 安徽高考)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。(1) 请完成以下实验设计表(表中不要留空格) ：编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/% 为以下实验作参照 0.5 2.0 90.0 醋酸浓度的影响 0.5 36.0 0.2 2.0 90.0(2) 实验 测得容器中压强随时间变化如图2。t 2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了 (填“氧化” 或“还原”)反应，其电极反应式是 。图1 图2 图3(3) 该小组对图 2中0 t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二： 。(4) 为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有 H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。【答案】 (1) 2.0 碳粉质量的影响
