簡介:第二單元原電池金屬的腐蝕與防護(hù),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(xué)電源的種類及其工作原理。3理解金屬發(fā)生電化學(xué)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___________中。3兩電極間構(gòu)成_________。,化學(xué)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CUZN原電池,請?zhí)羁?電極。負(fù)極為____,正極為____。,ZN,CU,2電極反應(yīng)。負(fù)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離子的遷移方向。電解質(zhì)溶液中,陰離子向_____遷移,陽離子向_____遷移。,ZN2EZN2,CU22ECU,負(fù)極,正極,正極,負(fù)極,負(fù)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(xué)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。,2MNO22H2O2E2MNOOH2OH,ZN2OH2EZNOH2,2銀鋅鈕扣電池。負(fù)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____________________________。,ZN2OH2EZNOH2,AG2OH2O2E2AG2OH,ZNAG2OH2OZNOH22AG,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(fù)極反應(yīng)_____________________②正極反應(yīng)________________________________③總反應(yīng)PBPBO24H2SO422PBSO42H2O,PBSO422EPBSO4,PBO24HSO422EPBSO42H2O,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)2PBSO42H2OPBPBO24H2SO42,PBSO42EPBSO42,PBSO42H2O2EPBO24HSO42,3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。,2H24E4H,2H24OH4E4H2O,O24H4E2H2O,O22H2O4E4OH,三、金屬的腐蝕與防護(hù)1化學(xué)腐蝕和電化學(xué)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),MNEMN,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(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕普遍得多,危害也更嚴(yán)重。,2鋼鐵的吸氧腐蝕和析氫腐蝕,水膜性質(zhì),FE2HFE2H2↑,FE2EFE2,2FEO22H2O2FEOH2,4FEOH2O22H2O4FEOH32FEOH3FE2O3XH2O3XH2O,弱酸性或中性或堿性,酸性,負(fù)極反應(yīng),正極反應(yīng),2H2EH2↑,2H2OO24E4OH,總反應(yīng),其他反應(yīng),注吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍,3金屬的防護(hù)1犧牲陽極的陰極保護(hù)法利用____________。2外加電流的陰極保護(hù)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(hù)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(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池?!痉治觥空_。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(fù)極?!痉治觥垮e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(fù)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)?!痉治觥垮e誤。可充電電池的充電與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(hù)法是將被保護(hù)金屬接在直流電源的正極。【分析】錯誤。接直流電源的正極相當(dāng)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(fù)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(fù)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、H2O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CH42O2CO22H2O總反應(yīng)式2O28H8E4H2O正極反應(yīng)式CH42H2O8ECO28H負(fù)極反應(yīng)式,【拓展延伸】原電池正負(fù)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。在原電池的電解質(zhì)溶液中,陽離子向正極移動,陰離子向負(fù)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(fù)極的活性物質(zhì),對應(yīng)的電極為負(fù)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(fù)極本身不一定都參加反應(yīng),如燃料電池中,作為負(fù)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(fù)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。陽離子移向正極,陰離子移向負(fù)極。,【典例1】生物燃料電池BFC是以有機(jī)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C2H5OH3H2O-12E-2CO212H。下列有關(guān)說法不正確的是A.C1極為電池負(fù)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O24H4E-2H2OD.該生物燃料電池的總反應(yīng)式為C2H5OH3O22CO23H2O,【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(fù)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(fù)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(fù)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作為燃料電池,充入氧氣的一極一定是正極,充入燃料的一極為負(fù)極。2書寫正負(fù)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(dāng)介質(zhì)為堿性時,電極反應(yīng)式為2H2OO24E4OH,當(dāng)介質(zhì)為酸性溶液時,電極反應(yīng)式為4HO24E2H2O,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(fù)極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2H2E-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(fù)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2H2OO24E-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℃,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2H2O22H2O,負(fù)極反應(yīng)為H2CO322EH2OCO2。則下列推斷中,正確的是A.正極反應(yīng)為4OH4E2H2OO2↑B.當(dāng)電池生成1MOL水時,轉(zhuǎn)移4MOL電子C.放電時CO32向負(fù)極移動D.通H2的一極為負(fù)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)式可知,當(dāng)生成1MOL水時,轉(zhuǎn)移2MOL電子,B錯誤;C項,因負(fù)極上氫氣失電子,從而負(fù)極帶上了正電荷,故放電時CO32向負(fù)極移動,C正確;D項,通H2的一極為負(fù)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(qiáng)弱原電池中,一般活動性強(qiáng)的金屬作負(fù)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(fù)極,B作正極,則可以斷定金屬活動性A>B。,2.加快化學(xué)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CUZN原電池,加快反應(yīng)進(jìn)行。3.用于金屬的防護(hù)使需要保護(hù)的金屬制品作原電池正極而受到保護(hù)。例如要保護(hù)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(fù)極。,4設(shè)計制作化學(xué)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(fù)極材料負(fù)極就是失電子的物質(zhì),正極用比負(fù)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(qiáng)的金屬作為負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)極發(fā)生反應(yīng)如溶解于溶液中的空氣。但如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進(jìn)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CUZN硫酸構(gòu)成的原電池中,負(fù)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)2FE3CU2FE2CU2設(shè)計原電池負(fù)極CU2ECU2正極2FE32E2FE2,【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(xué)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(fù)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?;瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)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(biāo)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(fù)極_________________________________________。方案Ⅲ結(jié)合你所學(xué)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______________________________________________________________________。【解題指南】解答該題可考慮以下兩點1兩種金屬作電極構(gòu)成原電池時,活潑性強(qiáng)的金屬作負(fù)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(fù)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ⅠFE+2HFE2+H2↑Ⅱ,正極2H+2EH2↑或CU2+2ECU負(fù)極FE-2EFE2Ⅲ把一個光潔的鐵片插入到CUSO4溶液中,觀察現(xiàn)象FE+CU2FE2+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強(qiáng)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(fù)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(fù)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(fù)極必須是兩種不同的金屬B.原電池是將化學(xué)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(fù)極,該極被還原D.原電池放電時,電流的方向是從負(fù)極到正極,【解析】選B。A項,構(gòu)成原電池的正極和負(fù)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(xué)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(fù)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(fù)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。,32012溫州模擬下列有關(guān)電化學(xué)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PBSSO42AQ2EPBSO4SC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(jìn)入陽極室D鋼鐵電化學(xué)腐蝕的兩種類型主要區(qū)別在于水膜的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?,而不是燃燒產(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PBO22ESO424HPBSO42H2O,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(xué)腐蝕取決于水膜的PH,發(fā)生不同的正極反應(yīng),D正確。,4X、Y、Z、W4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(fù)極;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AX>Z>W(wǎng)>YBZ>X>Y>W(wǎng)CX>Y>Z>W(wǎng)DY>W(wǎng)>Z>X,【解析】選A。由“X、Y相連時,X為負(fù)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;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。,52011年8月美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學(xué)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MGH2O22H+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(fù)極反應(yīng)為MG2E-MG2+B.電池工作時,H+向負(fù)極移動C.電池工作一段時間后,溶液的PH增大D.H2O2的還原產(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MGH2O22H+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(jìn)行實驗。,根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題1裝置甲中負(fù)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”4四種金屬活動性由強(qiáng)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(fù)極,電極反應(yīng)式是A-2EA2。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+2ECU。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D>A,綜上所述可知四種金屬的活動性由強(qiáng)到弱的順序是D>A>B>C。,答案1A-2EA22CU2+2ECU3變大4D>A>B>C,
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