第四章几种重要的金属学生版.docx

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第四章几种重要的金属学生版

第四章几种重要的金属

第四节原电池原理及其应用

教学目标：

1，使学生理解原电池原理

2，常识性介绍日常生活中常用的化学电源和新型化学电池

3，使学生了解金属的电化学腐蚀。

教学重点：

1，原电池的原理

2，金属的电化学腐蚀

教学难点：

金属的电化学腐蚀

第一课时

一、原电池

1．原电池的装置叫做______。

从化学反应来看，原电池的原理是_________________________________________________________

________________________________________________________

________________________________________________________。

其中，电子流出的一极是______极，该极上发生_______反应。

电子流入的一极是_____极，该极上发生______反应。

2．组成原电池的条件：

①_________________________；

②__________________________；

③__________________________。

3．原电池正负极的判断方法

原电池有_______电极，一个是___极，一个是____极，判断正极和负极的方法是：

①根据_______________________判断：

一般是__________为负极，____________为正极。

②根据_______________________判断：

电流是由___极流向___极；电子流动方向是由___极流向____级。

③根据_______________________判断：

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是__极，阴离子移向的极是____极。

④根据________________________来判断：

原电池的负极总是__电子，发生氧化反应，其正极总是___电子发生还原反应。

4．原电池的电极反应式和总反应式的书写

正极→e-_______→____到e-→发生______反应

负极→e-_______→____到e-→发生______反应

在铜、锌两金属和稀硫酸构成的原电池中。

锌极发生反应的电极反应式为___________，铜极发生反应的电极反应式为_______；该原电池总的化学反应方程式可表示为__________。

二、化学电源

1．实用电池一般应具有的特点：

①__________________________；

②__________________________；

③__________________________；

④__________________________。

2．在生产、生活中常见电池和新型电池有__________________

三、金属的电化学腐蚀

1．金属腐蚀_______________________________；

金属腐蚀的本质__________________________

2．类型：

由于与金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为________和__________________________。

3．电化学腐蚀与化学腐蚀的关系

金属腐蚀

电化学腐蚀

化学腐蚀

条件

电极反应式

有无电流

4．金属的保护

影响金属腐蚀的因素包括_________和___________两个方面。

金属防护的方法很多。

第二课时

1．构成原电池的条件

原电池的构成是有条件的：

①电极材料。

两种金属活动性不同的金属或金属和其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）；②两电极必须浸在电解质溶液中；③两电极之间要用导线连接，形成闭合回路。

2．原电池正负极的判断方法

原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正极和负极的方法是：

①根据电极材料判断：

一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

②根据电流方向（或电子流动方向）判断：

电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正级。

③根据离子的定向流动方向判断：

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。

④根据发生的反应来判断：

原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。

3．原电池的电极反应式和总反应式的书写

正极→e-流入→得到e-→发生还原反应

负极→e-流出→失去e-→发生氧化反应

【例1】由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH怎样变化（）

A．不变B．先变小后变大

C．逐渐变大D．逐渐变小

【例2】航天技术中使用的氢一氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。

氢一氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应方程式都可表示为2H2+O2=2H2O，酸式氢—氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为2H2—4e—=4H+，则其正极反应表示为______________碱氢—氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应表示为O2+2H2O+4e —=4OH—，则其负极反应可表示为__________________。

综合应用创新

1．（应用题）有a、b、c、d四种金属，将口与易用导线联结起来，浸入电解质溶液中，易不易腐蚀。

将a、d分别投入等浓度盐酸中，d比a反应剧烈。

将铜浸入易的盐溶液中，无明显变化。

如果把铜浸入c的盐溶液中，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．dcabB．dabcC．dbacD．badc

2．（综合题）电子表或电子计算器中的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，放电时锌极上的电极反应是：

Zn+2OH-—2e-=Zn（OH）2；氧化银电极上的反应式为：

Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-。

总反应式为：

Ag2O+H2O+Zn=Zn（OH）2+2Ag。

下列说法正确的是（）

A．锌是负极，氧化银是正极

B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应

C．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动

D．随着电极反应的不断进行，电解质溶液的pH基本保持不变

3．（创新题）在图所示的实验装置中，E为一张用淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，C、D为夹在滤纸两端的铂夹，X、Y分别为直流电源的两极。

A、B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH溶液的水槽中，再分别插入一多孔的惰性电极。

切断电源开关S1，闭合开关S2，通直流电一段时间后，请回答下列问题：

（1）标出电源的正、负极：

X为_____极，Y为_____极。

（2）在滤纸的c端附近，观察到的现象是____；在滤纸的D端附近，观察到的现象是___________

（3）写出电极反应式：

A中_______B中_______C中____；D中____

（4）若电解一段时伺后，A、B中均有气体包围电极。

此时切断开关S2，闭合开关S1，则电流计的指针是否发生偏转（填“偏转”或“不偏转”）___。

（5）若电流计指针偏转，写出有关的电极反应式（若指针“不偏转”，此题不必回答）：

A中____；B中____。

若电流计指针不偏转，请说明理由（若指针“偏转”，此题不必回答）______。

同步达标

（基础巩固）

1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可以表示为:

在此电池放电时,负极上发生反应的物质是（）

（A）Ag（B）Zn（OH）2（C）Ag2O（D）Zn

2．下列关于铜—锌—稀H2SO4构成的原电池的有关叙述中错误的是（）

A．锌为负极，锌发生氧化反应

B．铜为正极，铜不易失去电子而受到保护

C．负极发生还原反应，正极发生氧化反应

D．外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极

3．表明金属甲比金属乙活动性强的叙述正确的是（）

A．在氧化还原反应中，甲失电子数比乙多

B．同价态阳离子；甲比乙氧化性强

C．常温下甲能与浓HNO3反应而乙不能

D．将甲、乙组成原电池时，甲为负极

4．对于铜—锌—稀H2SO4组成的原电池装置中，当导线中有1mol电子通过时，理论上的两极变化是（）

①锌片溶解了32．5g②锌片增重32．5g③铜片上析出1gH2④铜片上析出1molH2

A．①和③B．①和④C．②和③D．②和④

5．某原电池总反应的离子方程式为：

2Fe3++Fe=3Fe2+不能实现该反应的原电池是（）

A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl2

B．正极为C，负极是Fe，电解质溶液为Fe（NO3）2

C．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2（SO4）3

D．正极为Ag，负极为Fe。

电解质溶液为CuSO4

6．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式为：

根据反应式判断，下列叙述正确的是（）

A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大

B．电池放电时，镍元素被氧化

C．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断减小

D．电池放电时，负极是H2被氧化

7．化学电池在通讯、交通及日常生活中有广泛的应用。

（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池。

其总电池反应可以表示为2Cd+2NiO（OH）+2H2O=2Ni（OH）2+Cd（OH）2，已知Ni（OH）2和Cd（OH）2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是______（填序号）。

A．以上反应是可逆反应

B．以上反应是不可逆反应

C．充电时化学能转化为电能

D．放电时化学能转变为电能

（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物。

有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。

在酸性土壤中这种污染尤为严重。

这是因为__________________________

（3）下图是废弃的镍镉电池的重金属渗入水体后，进人人体的一条途径：

A→B→C→D→人，生物体D中重金属浓度______（填大于、小于、等于）生物体A中重金属浓度，这是通过食物链的______作用所引起的。

除了上述途径外，被污染水体中的重金属还可以直接通过_____（途径）进入人体。

（4）另一种常用电池是锂电池，由于它的比容量（单位质量电极材料所能转换的电量）特别大而广泛用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年．它的负极用金属锂制成，电池总反应式为：

Li+MnO2→LiMnO2。

试回答：

锂电池比容量特别大的原因是___________________________

锂电池中电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液?

试用化学方程式表示其原因_________________________________

（能力提高）

1．如图所示的装置，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中，使之平衡。

小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（）

A．铁圈和银圈左右摇摆不定

B．保持平衡状况

C．铁圈向下倾斜

D．银圈向下倾斜

2．某原电池，将两金属X、Y用导线连接。

同时插入相应的电解质溶液中，发现Y电极质量增加，则可能是下列情况中的（）

A．X是负极，电解质溶液为CuSO4溶液

B．X是负极，电解质溶液为稀H2SO4溶液

C．X是正极，电解质溶液为稀CuSO4溶液

D．X是正极，电解质溶液为稀H2SO4溶液

3．用两根铂丝做电极插入KOH溶液中。

再分别向两极通人甲烷气体和氧气，可形成原电池——燃料电池，该电池放电时发生的反应为：

CH4+2KOH十2O2=K2CO3+3H2O，下列说法错误的是（）

A．通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极

B．放电时，通入O2一极附近溶液的PH升高

C．放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化

D．通甲烷极的电极反应式是：

CH4+10OH-—8e-=CO32-十7H2O

4．某原电池的电池反应为：

Fe+2Fe3+=3Fe2+，与此电池反应不符的原电池是（）

A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池

B．石墨、铁片、Fe（NO3）3溶液组成的原电池

C．铁片、锌片、Fe2（SO4）3溶液组成的原电池

D．银片、铁片、Fe（NO3）2溶液组成的原电池

5．据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。

其电池反应为：

2Zn+O2=2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。

则下列叙述正确的是（）

A．锌为正极，空气进入负极反应

B．负极反应为Zn—2e-=Zn2+

C．正极发生氧化反应

D．电解液肯定不是强酸

6．有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸人电解质溶液中，B不易腐蚀。

将A、D分别投入等物质的量浓度盐酸中，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．A>B>C>DB．D>A>B>C

C．C>A>B>DD．B>C>A>D

7．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的反应是（）

A．Fe—2e-=Fe2+

B．2H++2e-=H2↑

C．4OH-—4e-=2H2O+O2↑

D．2H2O+O2+4e-=OH-

考题样板

1．（2000理科综合）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。

可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质。

CO为阳极燃气。

空气与CO2的混合气体为阴极助燃气。

制得在650℃下工作的燃料电池。

完成上述有关的电池反应式；阳极反应式；2CO+2CO32-=4CO2↑+4e-

阴极反应式：

______________；

总电池反应式：

____________________

2．（2001年上海）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（　　）

A．阴极B．正极C．阳极D．负极

3．（2000年全国）下列关于实验现象的描述不正确的是（　　）

A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B．用锌片做阳极，铁片做做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌

C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快

第三课时

一，化学电源

1，锂电池

锂电池具有一下特点:

（1）负极为密度最小的金属材料

（2）使用和贮存寿命长

（3）工作效率高，供出电流的电压高

2，新型燃料电池

（1）铝—空气燃料电池（电解质为盐溶液）

负极（Al）:

4Al-12e-=4Al3+

正极（空气）：

3O2+6H2O+12e-=12OH-

总反应：

4Al+3O2+6H20=4Al（OH）3

（2）氢氧燃料电池（电解质为KOH溶液）

负极（碳棒）：

2H2+4OH—4e-=4H2O

正极（碳棒）:

O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应:

2H2+O2=2H2O

这种电池能量转化率高，其燃烧产物是水，不会污染环境。

二，电化学的腐蚀

阅读课本内容回答下面问题：

1什么是金属的腐蚀？

2其本质是什么？

3金属的腐蚀有哪几种？

答：

金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的空气或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程；一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

1，金属的腐蚀

日常生活中常用的金属防护的方法：

1改变金属的内部结构，制成不锈钢

2在金属表面覆盖保护层，如喷漆，涂油，电镀等。

3利用原电池的原理保护金属，被保护的金属做正极

课后练习：

1，下列有关金属腐蚀的说法中正确的是（）

①金属的腐蚀全部是氧化还原反应②金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化腐蚀，只有电化腐蚀才是氧化还原反应，③因为二氧化碳普遍存在，所以钢铁的电化腐蚀以析氢腐蚀为主。

④无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，总是金属被氧化。

A.①③B.②③C.①④D.①③④

2、以下现象与电化腐蚀无关的是（）

A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿

B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈

C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈

D．银质奖牌久置后表面变暗

3、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成几个原电池。

若a、b相连时a为负极；c、d相连时电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡；b、d相连时b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱为（）

A．a＞b＞c＞dB．a＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞a

4、下列事实不能用电化学理论解释的是（）

A．轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块

B．镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用　　

C．铝片不用特殊方法保存

　D．常温下铝跟稀硫酸快速反应，跟浓硫酸几乎不反应

5、用导线连接的镁条和铝片投入氢氧化钠溶液中,形成后电池（）

A．镁作正极,发生还原反应B．镁作负极,发生氧化反应

C．铝作负极,发生氧化反应D．铝作正极,发生还原反应

6、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：

Zns＋2MnO2s＋H2Ol＝ZnOH2s＋Mn2O3s

下列说法错误的是（）

A电池工作时，锌失去电子04江苏化学

B电池正极的电极反应式为：

2MnO2s＋H2Ol＋2e＝Mn2O3s＋2OHaq

C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D外电路中每通过02mol电子，锌的质量理论上减小65g

7、生物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池，下列有关判断正确的是（）

A．负极发生的电极反应可能是：

O2＋4e－＋2H2O=4OH－

B．正极发生的电极反应可能是：

O2＋4e－＝2O2－

C．负极反应主要是C6H12O6生成CO2或HCO3－

D．正极反应主要是C6H12O6生成CO2或CO32－

8、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。

现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，一极通入CO气体，另一极通入空气和CO2的混合气体，制成在650℃下工作的燃料电池，其电池反应为2CO十O2==2CO2，则下列说法正确的是（）A．通CO的一极为电池的负极

B．负极的电极反应为：

O2十2CO2+4e-==2CO32-

C．熔融盐中CO32-离子的物质的量在反应过程中保持不变

D．正极发生氧化反应

9、一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通乙烷和氧气，电极反应为：

C2H6+18OH--14e-===2CO32-+12H2O；7H2O+

O2+14e-===14OH-。

有关此电池的推断错误的是（）

A．通氧气的电极为负极

B．参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7∶2

C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降

D．在电解质溶液中CO32-向正极移动

11、如下图所示，烧杯中都盛有稀硫酸。

（1）中反应的离子方程式为，

（2）中的电极反应：

Fe：

、Sn：

Sn极附近溶液的pH（填增大、减小或不变），

（3）中被腐蚀的金属是、其电极反应式为。

比较

（1）、

（2）、（3）中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是。

12银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：

将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。

试回答：

在此原电池反应中，负极发生的反应为_________________；正极发生的反应为_______________________；反应过程中产生有臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为___________________________。

13美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电源，是一种具有应用前景的绿色电源，不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，其构造如图12-9所示：

a、b两个极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。

⑴a是__________极；b是____________极。

电极反应式分别为_________________________________

_________________________________；

⑵电池反应。

化学腐蚀与电化学腐蚀的比较

化学腐蚀

电化学腐蚀

发生条件

金属跟非电解质或有腐蚀性的气体接触

不纯的金属或合金跟电解质溶液接触

现象

无电流产生

有微弱的电流产生

本质

金属被氧化而损耗的过程

较活泼金属被氧化而损耗的过程

示例

1，Fe在高温下被氧气直接氧化

2，化工厂里Fe和氯气直接反应

钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀

相互关系

化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生

钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

发生条件

水膜酸性较强

水膜酸性较弱或呈中性

电极正负

铁是负极，碳是正极

电极反应

负极

Fe-2e-=Fe2+

正极

2H++2e-=H2

2H2O+O2+4e-=4OH-

水膜中的反应

Fe2++2OH-=Fe（OH）2

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3