第3节化学能转化为电能-电池“百校联赛”一等奖

《化学能转化为电能——电池》第二、三课时导学案原电池工作原理的应用一、原电池电极材料的选择与正、负极的判断【自主学习】1．原电池电极材料的选择电池的电极必须。电池中的负极必须能够与电解质溶液，易电子，因此负极一般是活泼的。正、负极之间只有存在电势差，电子才能，所以正、负极一般不用同一种活性材料，但有时可用同一电极（如氢氧燃料电池）。[要点强化指导]原电池电极材料的几种情况：（1）活性不同的两种金属材料电极，如：铜锌原电池中的铜—锌；（2）金属与非金属材料电极，如：锌锰干电池中的锌—炭；（3）金属与化合物材料电极，如：铅蓄电池中的铅—氧化铅；（4）惰性电极材料电极，如：氢氧燃料电池中的石墨或金属铂。2．原电池的正、负极判断（1）由组成原电池两极的材料判断。一般活泼的金属为极，活泼性弱的金属或能导电的非金属为极。（2）依据电流的方向或电子流动的方向判断。电流由极流向极，电子由极流向极。（3）依据原电池的电解质溶液内离子移动的方向来判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向极，阴离子移向极。（4）依据原电池两极上发生的化学变化来判断。原电池的负极上发生反应，正极上发生反应。（5）依据某些现象来判断。电极溶解的一极为极，电极增重或产生气体的一极为极。[要点强化指导]判断电极时，不能简单的比较金属的活性，要看反应的具体情况，特别指出的是（1）Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；（2）Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。二、金属活泼性的相对强弱判断【自主学习】1．根据金属活动顺序判断。金属单质的还原性K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、AuK+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、（H+）、Cu2+、Hg2+、Ag+、Pt2+、Au3+金属阳离子的氧化性2．根据元素周期表判断：同主族元素（从上到下）金属单质还原性逐渐，对应的阳离子氧化性逐渐；同周期元素（从左到右）金属单质还原性逐渐，对应的阳离子氧化性逐渐。3．与酸或H2O反应置换出H2的难易程度。反应越易则金属性。4．金属氧化物对应的水化物的碱性强弱。碱性越强则金属性。5．其它的置换反应。6．根据原电池的电极判断：两种不同的金属构成原电池的两极，一般来说其还原性：极金属强于极。三、金属腐蚀与防护【自主学习】1．金属的腐蚀（1）金属腐蚀的含义金属表面与周围的物质发生或因作用而遭到破坏，称为金属腐蚀。（2）金属腐蚀的实质金属原子电子被变成金属的过程。可用方程式表示为：。（3）金属腐蚀的类型金属腐蚀可分为和，而电化学腐蚀依据环境的酸碱性可分为和。[合作探究1]：化学腐蚀和电化学腐蚀的异同？金属腐蚀的类型化学腐蚀电化学腐蚀含义条件现象腐蚀的速度相互关系[合作探究2]：析氢腐蚀和吸氧腐蚀的异同？（以Fe为例）型区别与联系析氢腐蚀吸氧腐蚀相同点不同点其它反应式2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe（OH）2；；普遍性[合作探究3]：铜、银用导线连接后浸入稀硫酸中，一段时间后发现铜被腐蚀。试解析其原因？2．金属的防护金属的防护就是依据电化学腐蚀的原理，要防止金属发生腐蚀，关键在于阻止金属成为原电池的极，避免发生阳极反应而溶解。即其本质就是阻止。因此常用的方法有：（1）在金属表面覆盖。如：可以在其表面加耐腐蚀的、、、、橡胶等，也可以通过电镀而覆盖于被保护金属表面的耐腐蚀性较强的。（2）改变金属的内部。如：、等。（3）牺牲阳极阴极保护法。如：镶嵌的闸门、航海船底、铁塔以及底下铁管道等。（4）外加电源的保护法。如：化工厂中盛酸性溶液的容器或管道。（5）经、外加电源的极等方法进行钝化。如：合成氨厂中防止反应塔腐蚀。[合作探究]：金属腐蚀快慢规律探究？（1）作电解池极引起的腐蚀＞作原电池极引起的腐蚀＞腐蚀＞有防护措施的腐蚀；（2）对于同一金属来说，在电解质溶液中腐蚀速度＞在电解质溶液中腐蚀速度＞在电解质溶液中腐蚀速度；（3）活泼性不同的两金属，活泼性差别越，腐蚀越快；（4）对于同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越，腐蚀越快。[要点强化指导]1．在原电池中，电源正极在溶液的部分因发生还原反应，而被称为阴极；电源负极在溶液的部分因发生氧化反应，而被称为阳极。在牺牲“阳极”“阴极”保护法中，实质是首先构成原电池，使被保护的金属作原电池的正极（阴极），牺牲的金属作原电池的负极（阳极）。2．外加电源往往应用电解的原理，被保护的金属连接在电源的负极上。若被保护的金属连接在电源的正极上也被保护，其理由是使金属发生钝化作用。【问题分析示例】例题1：将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（）A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中的铜片是正极，乙中的铜片是负极C．两烧杯中溶液的PH值均增大D．产生气泡的速度甲比乙慢[针对性练习]1．如图所示，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（）A．A是Zn、B是Cu、C为稀H2SO4溶液B．A是Cu、B是Zn、C为稀H2SO4溶液C．A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液D．A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液2．关于如图所示装置的叙述正确的是（）A．铜是阳极，铜片上有气泡产生B．铜片的质量逐渐减少C．电流从锌片经导线流向铜片D．氢离子在铜片表面被还原例题2：X、Y、Z、M代表四种金属元素。金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+和Z2+共存的溶液时，Y先析出；又知M2+的氧化性强于Y2+。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（）A．X＞Z＞Y＞MＢ．X＞Y＞Z＞MC．M＞Z＞X＞YD．X＞Z＞M＞Y[针对性练习]3．把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两连接组成多个原电池，若a、b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连，a极减轻；b、d相连，b为正极。则四种金属的活泼性顺序为（）A．a＞b＞c＞dB．a＞c＞b＞dC．a＞c＞d＞bD．b＞d＞c＞a例题3：如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于腐蚀。（2）若试管内液面上升，则原溶液是性，发生腐蚀，电极反应：负极：，正极：。（3）若试管内液面下降，则原溶液是性，发生腐蚀，电极反应：负极：，正极：。（4）若溶液甲为水，溶液乙为海水，则铁钉在（填“甲”或“乙”）溶液中腐蚀的速度快。[针对性练习]4．如图所示，装置中都盛有L的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同的锌片腐蚀速率由快到慢的正确顺序是（）A．①②③④B．①②④③C．③①④②D．②①④③5．家用炒菜铁锅用水清洗后，放置一会出现红棕色的铁锈，在此变化过程中不会发生的化学变化是（）A．2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe（OH）2B．4Fe（OH）2＋O2＋2H2O＝4Fe（OH）3C．O2＋2H2O＋4e－→4OH－D．Fe→Fe3＋＋3e－【课堂练习达标】6．下列说法正确的是（）A．金属被腐蚀时质量一定减少B．金属腐蚀就是金属单质被氧化C．金属腐蚀一定是在酸性条件下D．金属直接与液体接触才能造成金属腐蚀，与气体接触没有影响7．下列关于铁析氢腐蚀的说法正确的是（）A．铁为正极B．炭为正极C．溶液中氢离子浓度不变D．此腐蚀在任何溶液中都发生8．下列措施不能起到防腐作用的是（）A．对钢铁设备喷油漆B．对钢铁进行电镀C．把钢铁与镍、铬等金属制成合金D．把钢铁放入水下9．表明金属甲比金属乙活动性强的是（）A．在氧化还原反应中，甲失电子比乙的多B．同价态的阳离子，甲比乙氧化性强C．甲能与盐酸反应放出氢气而乙不能D．将甲乙组成原电池时，甲为正极10．钢铁在空气中发生电化学腐蚀时，正极上发生的电极反应为（）A．Fe—3==B．2H2O+O2+4==4OH－C．Fe—2==D．4OH－—4==2H2O+O2↑11．下列描述不正确的是（）A．纯锌与稀硫酸反应比粗锌的反应速率快B．用稀硫酸与锌制取氢气时，加入少量硫酸铜溶液，可加快反应的速率C．纯铁比生铁更难发生电化学腐蚀D．钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀12．关于牺牲阳极阴极保护法的叙述中正确的是（）A．正极是阳极B．负极是阴极C．阳极上发生氧化反应D．正极上发生氧化反应

参考答案：第二课时原电池工作原理的应用例题1：解析：本题考查原电池的工作原理、电极的选择、溶液的PH值变化及金属腐蚀的速度。甲池为原电池，乙池不是原电池，而甲池为电化学腐蚀，乙池为化学腐蚀。二者反应的实质都为Zn失电子，溶液中H＋得到电子，使c（H＋）减小，PH值均增大。答案：C例题2：解析：由金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出知：X为电源的负极，则X＞Z；再由电解Y2+和Z2+共存的溶液时，Y先析出可知：Z＞Y；又由M2+的氧化性强于Y2+可知：Y＞M。例题3：解析：铁钉是铁合金，主要由铁和炭组成，外加电解质溶液，可构成原电池，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。依据腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管压强减小，气体被吸收，是发生吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应。试管内液面下降，说明试管压强增大，产生气体所致，是发生析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应。对于同一金属来说，在强电解质溶液中腐蚀速度＞在弱电解质溶液中腐蚀速度。答案：（1）电化学；（2）弱酸性或中性吸氧2Fe→2Fe2＋＋4e－O2＋2H2O＋4e－→4OH－；（3）较强的酸性析氢Fe→Fe2＋＋2e－2H＋＋2e－→H2↑；（4）乙。答案：A1．解析：由A极逐渐变粗，B极逐渐变细，可知：电解质溶液中含有不活泼的金属阳离子，B极为活泼的金属。答案：D2．解析：如图所示装置是原电池，电极为正、负极，活泼的锌为负极，失去电子，发生氧化反应，本身质量逐渐减少。而铜极为正极，上面富积电子，H＋移向铜极，发生还原反应产生H2。答案：D3．解析：依据金属的活泼性相对强弱的判断及原电池的正、负极的判断可知：a、b相连，a为负极，则a＞b；c、d相连，d上有气泡逸出，则c为负极，即c＞d；a、c相连，a极减轻，a为负极，即a＞c；b、d相连，b为正极，则d＞b。答案：C4．解析：由作电解池阳极引起的腐蚀＞作原电池负极引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀可知答案。答案：D5．答案：D6．解析：金属的腐蚀包含化学腐蚀与电化学腐蚀，是金属与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏的过程，周围的物质含有气体；金属腐蚀的条件不仅仅是酸性，还有弱酸性或中性；酸性腐蚀时，物质的质量一般减少；而弱酸性或中性腐蚀时，物质一般