原电池一轮复习总结教学案.docx
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原电池一轮复习总结教学案
高三化学一轮复习导学案
课题
第21讲
原电池金属腐蚀和防护
时间
2015/11/22
单位
安丘市第二中学
主备
李连祥
审核
金三胜
学习
目标
1.掌握原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。
2.熟悉常见化学电源的种类及其工作原理。
3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
知识点一 原电池
1.概念
把________能转化为____能的装置。
2.工作原理:
(以锌铜原电池为例)
电极名称
负极
正极
电极材料
电极反应
反应类型
电子流向
由Zn沿导线流向Cu
3.原电池构成条件
(1)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____________________。
总之原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示:
问题思考
1.在原电池中是否较活泼金属一定作负极?
2.原电池内部阴、阳离子如何移动?
3.怎样判断原电池的正负极?
知识点二 化学电源
1.一次电池
(1)碱性锌锰干电池
负极反应(电极材料):
正极反应(同上):
总反应式:
(2)锌银电池
负极反应():
正极反应():
总反应式:
2.二次电池(可充电,可多次重复使用)
如铅蓄电池:
H2SO4作电解质溶液
负极反应():
正极反应():
总反应式:
问题思考
4.可充电电池充电时,电极与外接电源的正负极如何连接?
发生什么变化?
3.燃料电池
(1)氢氧燃料电池
①用酸性电解质时:
负极:
正极:
总反应:
②用NaOH等碱性溶液时:
负极:
正极:
总反应:
(2)CH4燃料电池:
电解质为KOH
负极:
正极:
总反应:
知识点三 金属的腐蚀和防护
1.金属腐蚀的本质
金属原子________变为________,金属发生________。
2.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟__________接触
不纯金属或合金跟________________接触
现象
____电流产生
______电流产生
本质
金属被____
较活泼金属被________
联系
两者往往同时发生,________腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀:
以钢铁的腐蚀为例进行分析:
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
电极反应
负极
正极
总反应式
联系
________更普遍
问题思考
5.铁锈是怎样形成的?
写出发生的方程式:
3.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阴极的阳极保护法—________原理
a.________:
比被保护金属活泼的金属;
b.________:
被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—________原理
a.________:
被保护的金属设备;
b.________:
惰性金属。
(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
一、原电池电极反应式的书写
1.一般电极反应式的书写步骤
2.复杂电极反应式的书写
如CH4酸性燃料电池中,负极反应式为
CH4+2O2―→CO2+2H2O……总反应式①
____________________________……正极反应式②
______________________……负极反应式(①-②)
典例导悟1
科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料,依靠人体内液体中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。
回答下列问题:
(1)正极材料是________,电极反应是
(2)负极材料是________,电极反应是
典例导悟2
LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。
电池反应为FePO4+Li
LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导电固体为电解质。
下列有关LiFePO4电池说法正确的是( )
A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
B.放电时电池内部Li+向负极移动
C.充电过程中,电池正极材料的质量增加
D.放电时电池正极反应为FePO4+Li++e-===LiFePO4
二、原电池原理的应用
1.加快氧化还原反应速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率________。
例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率________。
典例导悟3
将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加少量CuSO4溶液,下图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系,其中正确的是( )
2.比较金属活动性强弱
两种金属作原电池的两极时,其活泼性与正极、负极有什么关系?
典例导悟4
有A、B、C、D四种金属。
将A与B用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B不易腐蚀。
将A、D分别投入等浓度盐酸中,D比A反应剧烈。
将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化。
如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。
据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )
A.D、C、A、BB.D、A、B、C
C.D、B、A、CD.B、A、D、C
3.设计化学电源
(1)设计原电池的一般思维方法是什么?
(2)设计原电池时,对电解质溶液有何要求?
若有盐桥时两个半电池中的电解质溶液是否相同?
(3)在电极材料的选择使用方面有何要求?
电极材料必须参与化学反应吗?
典例导悟5
根据下列氧化还原反应设计一个原电池:
2FeCl3+Fe===3FeCl2。
要求:
(1)画出此原电池的装置图,装置可采用烧杯。
(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。
(3)写出两个电极上发生的电极反应。
4.比较金属腐蚀快慢
判断金属腐蚀快慢的规律
(1)电解池原理引起的腐蚀>__________引起的腐蚀>________腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)对同一种金属来说,腐蚀的快慢:
强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)活泼性不同的两金属,活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越________。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度腐蚀越快。
典例导悟
下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A.④>②>①>③ B.②>①>③>④
C.④>②>③>①D.③>②>④>①
1.研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。
该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。
关于该电池的下列说法不正确的是( )
A.水既是氧化剂又是溶剂B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动D.总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
2.研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl
下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ag+Cl--e-===AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C.Na+不断向“水”电池的负极移动D.AgCl是还原产物
3.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。
下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-===Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b分别连接直流电流正、负极,电压足够大时,Cu2+向铜电极移动
4.铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,研读下图,下列判断不正确的是( )
A.K闭合时,d电极反应式:
PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO
B.当电路中转移0.2mol电子时,Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol
C.K闭合时,Ⅱ中SO
向c电极迁移
D.K闭合一段时间后,Ⅱ可单独作为原电池,d电极为正极
5.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为Zn-2e-===Zn2+B.电池反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从正极流向负极D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
6.Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质,可通过下列方法制备:
在KOH溶液中加入适量AgNO3溶液,生成Ag2O沉淀,保持反应温度为80℃,边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中,反应完全后,过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。
反应方程式为2AgNO3+4KOH+K2S2O8
Ag2O2↓+2KNO3+2K2SO4+2H2O
回答下列问题:
(1)上述制备过程中,检验洗涤是否完全的方法是
_______________________________________________________________
(2)银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液,电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2Zn(OH)4,写出该电池反应方程式:
_______________________________________________________________
(3)准确称取上述制备的样品(设仅含Ag2O2和Ag2O)2.588g,在一定条件下完全分解为Ag和O2,得到224.0mLO2(标准状况下)。
计算样品中Ag2O2的质量分数(计算结果精确到小数点后两位)。
7.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
如图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。
请回答:
(1)
氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是____________________,在导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为
(3)电极表面镀铂粉的原因是
_______________________________________________________________
(4)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。
因此,大量安全储氢是关键技术之一。
金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下:
Ⅰ.2Li+H2
2LiHⅡ.LiH+H2O===LiOH+H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是________________,反应Ⅱ中的氧化剂是________________。
②已知LiH固体密度为0.82g·cm-3,用锂吸收224L(标准状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。
③由②生成的LiH与H2O作用,放出的H2用作电池燃料,若能量转化率为80%,则导线中通过电子的物质的量为________mol。
1.理论上不能用于设计成原电池的反应是( )
A.HCl+NaOH===NaCl+H2O ΔH<0
B.2CH3OH(l)+3O2(g)
2CO2(g)+4H2O(l) ΔH<0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH<0
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH<0
2.X、Y、Z都是金属,把X投入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出,X与Y组成原电池时,Y为电池的负极,X、Y、Z三种金属的活泼性顺序为( )
A.X>Y>ZB.X>Z>YC.Y>X>ZD.Y>Z>X
3.依据氧化还原反应:
2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是______;电解质溶液Y是
(2)银电极为电池的________极,发生的电极反应为
X电极上发生的电极反应为
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。
4.将两个铂电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,构成甲烷燃料电池。
已知,通入CH4的一极,其电极反应式是CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O;通入O2的另一极,电极反应式2O2+4H2O+8e-===8OH-。
下列叙述不正确的是( )
A.通入CH4的电极为负极B.正极发生氧化反应
C.燃料电池工作时,溶液中的OH-向负极移动
D.该电池使用一段时间后应补充KOH
5.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池,它以丙烷气体为燃料。
电池中的一极通入空气,另一极通入丙烷气体,电解质是固态氧化物,在熔融状态下能传导O2-。
下列对该燃料电池的说法不正确的是( )
A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极
B.该电池的总反应是C3H8+5O2===3CO2+4H2O
C.电路中每通过5mol电子,约有5.6L标准状况下的丙 烷被完全氧化
D.通入丙烷的电极为电池负极,发生的电极反应为
C3H8-20e-+10O2-===3CO2+4H2O
6.一种燃料电池中发生的化学反应为:
在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
该电池负极发生的反应是( )
A.CH3OH(g)+O2(g)-2e-===H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)
B.O2(g)+4H+(aq)+4e-===2H2O(l)
C.CH3OH(g)+H2O(l)-6e-===CO2(g)+6H+(aq)
D.O2(g)+2H2O(l)+4e-===4OH-
7.
(1)将Al片和Cu片用导线相连,插入稀H2SO4中组成原电池,写出电极名称及电极反应式:
Al( )________________________________________________________
Cu( )_______________________________________________________
(2)若将Al片和Cu片用导线相连,插入浓HNO3中能否组成原电池?
________(填“能”或“不能”),若能组成原电池,写出电极名称及电极反应式:
Al片
( )__________________________________________________________
Cu片
( )__________________________________________________________
8.LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2。
电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2↑。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为________________,
(2)发生的电极反应为
(2)电池正极发生的电极反应为
(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。
如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是
(4)反应的化学方程式为
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是
9.结合下图判断,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,均有蓝色沉淀
10.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,说法正确的是( )
A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
11.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗,
在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如右图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。
下列说法正确的是( )
A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为Cu-2e-===Cu2+
12.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护
B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀
C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀
D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-===Fe3+
13.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法中,不正确
的是( )
A.正极的电极反应式为:
2H++2e-===H2↑
B.此过程中还涉及到反应:
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
14.
如图水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察。
(1)若试管内液面上升,则原溶液呈__________性,发生________腐蚀,电极反应:
负极:
正极:
(2)若试管内液面下降,则原溶液呈________性,发生________腐蚀,
电极反应:
负极:
___________________________________________________________________
正极:
原电池答案
1.化学 电2.
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn沿导线流向Cu
1.不一定,如将Mg和Al用导线连接插入NaOH溶液中,Al作负极,Mg作正极。
2.根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引的原理可知,在电解质溶液中,阴离子移向负极,阳离子移向正极。
3.
(1)根据电子流动方向判断。
在原电池中,电子流出的一极是负极;电子流入的一极是正极。
(2)根据两极材料判断。
一般活泼性较强金属为负极;活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。
阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
(4)根据原电池两极发生的变化来判断。
负极总是失去电子,发生氧化反应,正极总是得到电子,发生还原反应。
(5)根据现象判断。
溶解的一极为负极,质量增加或放出气体的一极为正极。
1.
(1)Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2
(2)Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2
2.Pb+SO
-2e-===PbSO43.
(1)①H2-2e-===2H+
O2+2H++2e-===H2O②H2+2OH--2e-===2H2O
O2+H2O+2e-===2OH-
(2)CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O2O2+4H2O+8e-===8OH-
1.失去电子 金属阳离子 氧化反应
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强
(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或中性
电极反应
负
极
Fe-2e-===Fe2+
正极
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
总反应式
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
5、铁被腐蚀后,一般会生成铁锈,其原因是:
随着析氢腐蚀进行,溶液中c(H+)降到一定浓度后,则发生吸氧腐蚀,发生的反应为
2Fe-4e-===2Fe2+,2H2O+O2+4e-===4OH-,Fe2++2OH-===Fe(OH)2,
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。
3.
(1)①原电池 a.负极 b.正极 ②电解 a.阴极 b.阳极
一、1.氧化反应 还原反应 电荷 质量 得失电子
2.总反应式 较简单一极的电极反应式 2O2+8H++8e-===4H2O CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+
二、1.加快 加快
2.一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
3.
(1)一般思维方法:
①首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应;
②根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活泼性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。
③按要求画出原电池装置图。
(2)电解质溶液的要求:
电解质是使负极放电的物质。
因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。
如在锌铜原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2+的溶液中。
但H2—KOH—O2构成的电池中两个半电池中可都用KOH溶液。
(3)电极材料的选择
在原电池中,选择还原性较强的物质作为负极;氧化性较强的物质作为正极。
并且,原电池的电极必须导电。
电池中的负极必须能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。
3.
(1)原电池原理 化学(3)快(4)越大