原电池原理及应用(1)

1、原电池原理及其应用原电池原理及其应用问题问题1:下列装置中灵敏电流计上是否有下列装置中灵敏电流计上是否有电流通过电流通过?下列装置是否为原电池下列装置是否为原电池?构成原电池条件构成原电池条件电解质溶液电解质溶液活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极形成闭合回路形成闭合回路问题问题2：有电流说明有：有电流说明有电能产生电能产生, 电能是怎样电能是怎样转化来的转化来的?例例1、Zn、 Cu作两极，稀硫酸作电解质溶液的作两极，稀硫酸作电解质溶液的原电池中：原电池中：Cu作作_极极, Zn作作_极极电极反应式是：负极电极反应式是：负极_,正极正极_, 总反应式是总反应式是_正正负负Zn -2e-2e-

2、 -= = Zn 2+2+2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2Zn +H+H2 2SOSO4 4= = Zn SOSO4 4+H+H2 2ZnCu电子流动方向e-电流流动方向CuZn-+e-IH+SO42-e-e-e-e-Zn2+Zn2+内电路离子定向移动外电路电子定向移动1 1、原电池的反应原理、原电池的反应原理 自发进行的氧化还自发进行的氧化还原反应原反应化学能转化为电能化学能转化为电能2 2、原电池电极的判断、原电池电极的判断负极负极相对活泼相对活泼- -失电子失电子- -电子流出电子流出- -发生发生氧化反应氧化反应正极正极相对不活泼相对不活泼- -得电子得电子- -电子流入电

3、子流入- -发生发生还原反应还原反应3.离子移动方向离子移动方向：阳离子：阳离子 正极，阴离子正极，阴离子 负极负极 原电池是由两个原电池是由两个半电池半电池组成的；半电组成的；半电池包括电极材料和电解质溶液，两个隔离池包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。半电池中的的半电池通过盐桥连接起来。半电池中的反应就是反应就是半反应半反应即即电极反应。电极反应。所以半电池所以半电池又叫又叫电极电极。 盐桥：在盐桥：在U U型管中装型管中装满用饱和满用饱和KClKCl溶液和溶液和琼脂做成的冻胶。琼脂做成的冻胶。 盐桥的作用：盐桥的作用： 使使ClCl- -向锌盐方向移向锌盐方向移动

4、，动，K K+ +向铜盐方向移动，向铜盐方向移动，使使ZnZn盐和盐和CuCu盐溶液一直盐溶液一直保持电中性，从而使电保持电中性，从而使电子不断从子不断从ZnZn极流向极流向CuCu极。这样可以大大提高极。这样可以大大提高电池效率。电池效率。原电池电极反应式的书写注意事项原电池电极反应式的书写注意事项：（1） 找出两极找出两极放电的物质放电的物质，负氧正还负氧正还。（2）要注意要注意溶液的酸碱性溶液的酸碱性，适当的在，适当的在电极方程式两边添加电极方程式两边添加H+、OH、H2O，以遵循以遵循电荷守恒和质量守恒电荷守恒和质量守恒。（3）要要注意电极反应注意电极反应产物是否与电解质溶液产物是否与

5、电解质溶液发发生反应。生反应。小结小结原电池应用原电池应用负极负极（锌筒）（锌筒） ：Zn-2e-=Zn 2+ 正极正极（石墨）（石墨） ： 2NH4+ +2e-= 2NH3+ + 2H2 总反应：总反应：Zn+2NH4+=Zn 2+2NH3+2H2 1、锌、锌-锰干电池锰干电池(酸性）酸性）常用电池的电极反应和电池总反应式书写常用电池的电极反应和电池总反应式书写2、铅蓄电池、铅蓄电池负极负极PbPb：Pb+ SO42- -2e- = PbSO4正极正极PbO2：PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O总反应：总反应：钮扣电池：不锈钢制成一个由正钮扣电池：不锈钢制成一

6、个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由内靠正极一端填充由AgAg2 2O O和少量和少量石墨组成的正极活性材料，负极石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓材料，电解质溶液为浓KOHKOH溶液，溶液，已知电池内已知电池内ZnZn的氧化产物为的氧化产物为ZnOZnO，3、银、银-锌电池锌电池负极：负极：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O 正极：正极：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 总反应：总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag电极电极: Pt制作的惰性电

7、极制作的惰性电极电解质溶液电解质溶液: KOH溶液溶液负极负极: 2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O正极正极: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- 总反应总反应：2H2+ O22H2O拓展创新拓展创新氢氧燃料电池氢氧燃料电池若为酸性介质，试写出电极反应式？若为酸性介质，试写出电极反应式？思考思考: :负极：负极：2H2 - 4e- 4H+正极正极: O2+ 4H+ + 4e- 2H2O4 4、新型燃料电池新型燃料电池(氢氧燃料电池氢氧燃料电池/甲烷电池甲烷电池/煤气电池煤气电池/海水海水-空气电池空气电池)5、海水电池（电解质溶液为海水）、海水电池（电解质溶液为海水）负极：负极：

8、4Al-12e=4Al3+，正极：正极：3O2+6H2O+12e=12OH总反应：总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)36、锂电池（非水有机溶剂电解液）、锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：负极：2Li-2e=2Li+，正极：，正极：I2+2e=2I，总反应：总反应：2Li+I2=2LiI跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。1、2、金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应金属腐蚀的类型金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀

9、析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍）金属腐蚀及防护金属腐蚀及防护金属原子金属原子金属腐蚀的本质：金属腐蚀的本质：3、金属腐蚀：金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学是指金属或合金跟接触的气体或液体发生化学反应（氧化反应（氧化还原）而腐蚀损耗的过程。还原）而腐蚀损耗的过程。钢铁表面钢铁表面形成的微小形成的微小原电池原电池示意图示意图钢铁的腐蚀钢铁的腐蚀钢铁的钢铁的析氢腐蚀析氢腐蚀示意示意图图钢铁的钢铁的吸氧腐蚀吸氧腐蚀示意示意图图Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件

10、条件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱酸性很弱。CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3- 电极反应电极反应负极负极Fe(- )Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e=H2O2+2H2O+4e=4OH-总反应总反应:Fe+2H+=Fe2+2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系联系钢铁腐蚀的防护：钢铁腐蚀的防护：例例6：改变金属的内部组织结构：如将改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加进钢等金属加进钢里制成合金钢。里制成合金钢。A.C. 铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；铜

11、的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；B.D.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；2000年年5月，保利集团在香港拍卖会上花费月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是成分是Cu2(OH)2CO3这三件这三件1760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是析，最

12、可能的是环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；（ D ）它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；2.金属表面覆盖保护层金属表面覆盖保护层3.电化学保护法电化学保护法原理：原理：原理原理 ：如油漆、油脂等，电镀（如油漆、油脂等，电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。物薄膜）作保护层。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反形成原电池反应时，让被保护

13、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。应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图练习：练习：下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序是是 A B C D D 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学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腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下：防腐措施由好到坏的顺序如下：

14、外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀小结小结 例例1 1：航天技术上使用的氢氧燃料电池具：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有有酸式酸式和和碱式碱式两种，它们放电时的总反应都可两种，它们放电时的总反应都可以表示为以表示为2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸式酸式电池中电解质是电池中电解质是酸酸，其其负负极反应可表示为极反应可表示为_，则其正极，则其正极反应式为反应式为_。碱式电池的电解

15、。碱式电池的电解质是质是碱碱，其，其正极正极反应式为反应式为_，则其负极反应可表示为则其负极反应可表示为_ 。 2H2-4e-+4OH-=4H2O 2H2-4e-=4H+O2+4e-+4H+=2H2OO2+2H2O+4e-=4OH-例例2 2：氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出图中甲烷燃料电池中汽油等。请写出图中甲烷燃料电池中a a极的极的电极反应式电极反应式： ，此时电池内总的反应式此时电池内总的反

16、应式 。 KOH溶液溶液CH4O2H2Oa bCH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 例例3：有人设计出利用有人设计出利用CH4和和O2的反应，用的反应，用铂电极在铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总溶液中构成原电池。电池的总反应类似于反应类似于CH4在在O2中燃烧，则下列说法正中燃烧，则下列说法正确的是（确的是（ ）每消耗每消耗1molCH4可以向外电路提供可以向外电路提供8mole-负极上负极上CH4失去电子，电极反应式：失去电子，电极反应式： CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O负极上是负极上是O2获得电子，电极

17、反应式为：获得电子，电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-电池放电后，溶液电池放电后，溶液PH不断升高不断升高 A. B. C. D.A 例例4：已知下列原电池的总反应式，已知下列原电池的总反应式，Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2，请写出电极，请写出电极反应式反应式 负极：负极：_ 正极：正极：_ 例例5：将上题中的反应设计成原电池。画出装将上题中的反应设计成原电池。画出装置图并注明电极材料及电解质溶液。置图并注明电极材料及电解质溶液。2Fe3+ + 2e- =2Fe2+Cu -2e- =Cu2+ 例例6：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起蓄电池在放电时起原电池的作用

18、，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：放电时发生的反应：下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( ) A放电时，放电时，Fe是负极，是负极，NiO2是正极是正极 B蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中C充电时，阴极上的电极反应为：充电时，阴极上的电极反应为： D放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动 答案：答案：B B、D D。 例例7、(99理综理综)熔融盐燃料电池具有高的发熔融盐燃料电池具有高的发电效率电效率,因而受到重视因而受到重视.可用可用Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气为阳极燃气,空空气与气与CO2的混合气为阴极助燃气的混合气为阴极助燃气,制得在制得在6500下工作的燃料电池下工作的燃料电池,完成有关的电池完成有关的电池反应式反应式: 负极反应式负极反应式: , 正极反应