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原电池的工作原理学案
原电池的工作原理
一、原电池定义及工作原理:
1、原电池是将化学能转化为电能的装置。
原电池反应的本质是氧化还原反应。
(氧化还原反应有电子的转移,电子在外电路中的移动形成电流)
2、如右图所示,组成的原电池:
(1)当电解质溶液为稀H2SO4时:
Zn电极是____(填“正”或“负”)极,其电极反应为_______________,该反应是______(填“氧化”或“还原”,下同)反应;
Cu电极是______极,其电极反应为_______________,该反应是_________反应。
(2)当电解质溶液为CuSO4溶液时:
Zn电极是____极,其电极反应为_____________,该反应是________反应;
Cu电极是____极,其电极反应为_______________,该反应_________反应.
3、原电池工作原理:
4.形成原电池的条件:
(1)
(2)
(3)
(4)
5.电极反应及正负极的判断:
(以Zn-Cu-H2SO4溶液形成的原电池为例)
负极:
(电子,发生反应),
正极:
(电子,发生反应)
总反应:
6.微粒运动方向与电流方向
电子流向:
电流方向:
溶液中离子流向:
7..如何判断原电池的正负极:
a.电极材料;
b.电子或电流的流向;
c.电解质溶液中,离子的流向:
阳离子移向正极,阴离子移向负极;
d.原电池两极发生的反应:
负极氧化反应,正极还原反应,因此可根据总的化学反应方程式中价态变化判断;
e.电极上的现象(气体的产生,某金属的析出等);
f.其他等(ph值的变化).
例.有关原电池的下列说法中,正确的是()
A.正极上发生氧化反应B.化学性质较活泼的金属为负极
C.正极是电子流出的极D.是由电能转化为化学能的装置
写出下列原电池装置中的电极反应和电池反应。
原电池装置
电极反应
电池反应
①
负极:
正极:
②
负极:
正极:
1.下列哪几个装置能形成原电池?
2.下列说法中正确的是()。
A.原电池是把电能转化为化学能的装置
B.原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应
C.原电池两极均发生氧化反应
D.原电池中的阳离子向正极移
3.下列叙述正确的是()
原电池是把化学能转化为电能的装置
原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应
不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现
碳棒不能用来做原电池的正极
反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现
A.
B.
C.
D.
4.铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中,锌片是()
A.阴极B.正极C.阳极D.负极
5.一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是()
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Fe
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质溶液
CuCl2
H2SO4
CuSO4
HCl
6.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气,该金属与锌组成原电池时,锌为负极,此金属是()
A.MgB.FeC.AlD.Cu
7.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时,电解质溶液的pH()
A.不变B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小
8.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CuSO4溶液
D.X是正极,电解质溶液为稀H2SO4溶液
9.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为正极,将A、D分别投入等浓度的盐酸中,D比A反应剧烈,将铜浸入B的盐溶液中,无明显变化,若将铜浸入C的盐溶液中,有金属C析出。
据此判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是()。
A.D>C>A>BB.D>A>B>CC.D>B>A>CD.B>A>D>C
10.可用Zn+Br2==ZnBr2设计成蓄电池,其中负极反应是()。
A.Zn→Zn2++2e-B.Br2+2e-→2Br-
C.2Br-→Br2+2e-D.Zn2++2e-→Zn
11.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是()
A.正极附近的SO42—离子浓度逐渐增大B.电子通过导线由铜片流向锌片
C.正极有O2逸出D.铜片上有H2逸出
12.以锌片和铜片为电极,以稀硫酸为电解质溶液组成原电池,当导线中通过2mol电子时,下列说法中正确的是()
A.锌片溶解了1mol,铜片上析出1mol氢气
B.两极上溶解和析出的物质的质量相等
C.锌片溶解了1g,铜片上析出1g氢气
D.锌片溶解了1mol,硫酸消耗了1mol
13.如何利用反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2,设计一个原电池装置?
画出简易装置图,标出电极材料和电解质溶液
1.常用的化学电源和新型化学电源
1.实用电池的特点(如右图)
2.几种常见的电池和新型电池分类及反应原理简介
化学电池分类:
电池(如锌锰干电池、碱性锌锰电池)
电池(又叫充电电池或蓄电池)(如铅蓄电池)
电池(如氢氧燃料电池)
(1)一次电池
①碱性锌锰电池
构成:
负极是锌,正极是MnO2,正极是KOH
工作原理:
负极Zn+2OH—-2e-=Zn(OH)2;正极:
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
总反应式:
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
特点:
比能量较高,储存时间较长,可适用于大电流和连续放电。
②钮扣式电池(银锌电池)
锌银电池的负极是Zn,正极是Ag2O,电解质是KOH,总反应方程式:
Zn+Ag2O=2Ag+ZnO
特点:
此种电池比能量大,电压稳定,储存时间长,适宜小电流连续放电。
③锂电池
锂电池用金属锂作负极,石墨作正极,电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOC12)中组成。
锂电池的主要反应为:
负极:
8Li-8e—=8Li+;正极:
3SOC12+8e—=SO32-+2S+6Cl—
总反应式为:
8Li+3SOC12=6LiCl+Li2SO3+2S
特点:
锂电池是一种高能电池,质量轻、电压稳定、工作效率高和贮存寿命长的优点。
(2)二次电池
①铅蓄电池:
(1)铅蓄电池放电原理的电极反应
负极:
Pb+SO42—-2e—=PbSO4; 正极:
PbO2+4H++S042—+2e—=PbSO4+2H2O
总反应式:
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
(2)铅蓄电池充电原理的电极反应
阳极:
PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42- ;阴极:
PbSO4+2e-=Pb+SO42-
总反应:
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
②镍一镉碱性蓄电池
构成:
放电时镉(Cd)为负极,正极是NiO(OH),电解液是KOH
工作原理:
负极:
Cd+2OH—-2e-=Cd(OH)2;正极:
2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH—
总反应式:
特点:
电压稳定、使用方便、安全可靠、使用寿命长,但一般体积大、废弃电池易污染环境。
(3)燃料电池
①氢氧燃料电池
当用碱性电解质时,电极反应为:
负极:
2H2+4OH—-4e—=4H2O;正极:
02+2H2O+4e—=4OH—总反应:
2H2+O2=2H2O
②甲烷燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极,在两极上分别通甲烷和氧气;
负极:
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;正极:
2O2+4H2O+8e-=8OH-
总反应方程式为:
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
③CH3OH燃料电池
用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中,然后向两极分别通入CH3OH和O2,则发生了原电池反应。
负极:
2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O;正极:
3O2+6H2O+12e-=12OH-
总反应方程式为:
2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O
3.正确书写电极反应式
(1)列出正负电电极上的反应物质,在等式的两边分别写出反应物和生成物。
(2)在反应式的左边写出得失电子数,使得失电子。
(得失电子守恒)
(3)使质量守恒。
电极反应式书写时注意:
负极反应生成物的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应该写入负极反应式;若正极上的反应物质是O2,且电解质溶液为中性或碱性,则H2O必须写入正极反应式,且生成物为OH-,若电解液为酸性,则H+必须写入反应式中,生成物为H2O。
电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求。
(4)正负极反应式相加得到。
若能写出总反应式,可以减去较易写出的电极反应式,从而写出较难书写的电极方程式。
[例2](08江苏卷)镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:
Cd+2NiOOH+2H2O
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
有关该电池的说法正确的是()
A.充电时阳极反应:
Ni(OH)2-e—+OH-==NiOOH+H2O
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
[解析]本题是考查常见的镍镉(Ni-Cd)可充电电池的工作原理。
由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知,充电时Ni(OH)2作阳极,电解质溶液为KOH,所以电极反应式为:
Ni(OH)2-e-+OH-===NiOOH+H2O;Cd(OH)2作阴极,Cd(OH)2+2e-===Cd+2OH-;充电的过程是将电能转化为化学能,放电时,Cd作负极,Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2,Cd周围的c(OH-)下降,OH-向负极移动。
【答案】A。
[方法技巧]二次电池首先需要判断什么情况下是原电池,什么情况下是电解池,二次电池充电时是电解池,放电时是原电池。
充电和放电是在两种不同的条件下发生的,充电是在外接电源条件下发生的非自发氧化还原反应,放电是在无外接电源条件下发生的自发氧化还原反应。
考点3原电池PH值的变化和简单计算
1.在原电池工作时,由于失去电子进入电解溶液,正极附近的阳离子得到电子从溶液中析出,可能会引起溶液PH值的变化。
(1)当负极产生的金属离子结合溶液中的OH-时,电极附近的溶液PH值。
当正极O2得电子时结合溶液中的水时,生成OH-使溶液中的PH值增大。
(2)电池工作时整个溶液PH值的变化必须从总反应式来分析。
当电解液中酸被消耗时,溶液PH值增大,当电解质溶液中碱被消耗时,溶液PH值减小。
2.原电池的有关计算
电子守恒法是依据氧化剂与还原剂相等这一原则进行计算的。
电子守恒法是氧化还原计算的最基本的方法。
计算时可由电极反应式中的氧化剂(或还原剂)与失去的电子(或得电子)之间的关系进行计算。
[例3](2007年高考理综宁夏卷,原电池)(14分)
(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应:
______________________;银片上发生的电极反应:
_______________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47g,试计算:
产生氢气的体积(标准状况);
通过导线的电量。
(已知NA=6.02×1023/mol,电子电荷为1.60×10-19C)
[解析]
(1)根据金属活泼性分析得出锌片为负极,银片为正极,相应电极反应为:
Zn-2e-=Zn2+;2H++2e-=H2↑。
(2)①锌片与银片减轻,是因与酸反应:
Zn+2H+=Zn2++H2↑~转移2e-
=
=
得V(H2)=4.5L;Q=3.8×104C。
【答案】
(1)Zn-2e-=Zn2+;2H++2e-=H2↑
(2)V(H2)=4.5L;Q=3.8×104C。
[规律总结]根据原电池基本原理分析写出其电极反应式或总方程式,然后根据方程式来计算。
2、金属腐蚀与防护
列表比较化学腐蚀和电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
吸氧腐蚀(主要)
析氢腐蚀
条件
金属与非电解质直接接触
水膜中溶有O2,呈极弱酸性或中性
水膜酸性较强
本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼金属被氧化而腐蚀
现象
无电流产生
有微弱电流产生
反应式
负极:
正极:
正极:
联系
分享:
化学腐蚀不普遍,绝大多数金属腐蚀属电化学腐蚀。
由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液,故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要类型
电化学腐蚀(以钢铁为例)
(1)析氢腐蚀(酸性较强的溶液)
负极:
正极:
总方程式:
(2)吸氧腐蚀(中性或弱酸性溶液)
负极:
正极:
总方程式:
离子方程式:
Fe2++2OH-=Fe(OH)2Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用:
铁锈的主要成分是,阻止钢铁继续腐蚀。
(能、不能)
2、影响金属腐蚀快慢的因素
本性:
(1)金属的活动性:
金属越,越容易被腐蚀
(2)纯度:
不纯的金属比纯金属跟腐蚀,如纯铁比钢腐蚀。
(难、易)
电化学腐蚀:
两电极活动性差别越大,氧化还原反应速率越,活泼金属被腐蚀得越快。
(3)氧化膜:
如果金属被氧化形成致密的氧化膜,那么会保护内层金属,如、
如果金属被氧化形成疏松的氧化膜,那么不会保护内层金属,如
外因:
介质:
环境(腐蚀性气体,电解质溶液)
例1
下列说法正确的是( )
A.钢铁因含杂质而易发生腐蚀,所以合金都不耐腐蚀
B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故其不能用来减缓金属的腐蚀
C.金属发生化学腐蚀还是电化学腐蚀的主要区别在于金属的纯度不同
D.无论哪种类型的腐蚀,其实质都是金属被氧化
例2
下图中,铁腐蚀由快到慢的顺序为(电解质溶液为水)__________。
例3
钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为:
正极:
__________________________________________________________________,
负极:
__________________________________________________________________。
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用甲图所示的方案,其中焊接在闸门上的固体材料R可以采用________。
A.铜B.钠C.锌D.石墨
(3)乙图所
示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
1.关于金属腐蚀的叙述中,正确的是
( )
A.金属被腐蚀的本质是M+nH2O===M(OH)n+
H2↑
B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化
C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.常温下,置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
2.铁钉与炭棒用导线连接后,浸入到0.01mol/L的食盐溶液中,可能发生的发应是( )
A.炭棒上放出Cl2B.炭棒附近产生OH-
C.炭棒上放出O2D.铁钉被氧化
3.如下图所示各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
A.②①③④B.④③②①C.④②①③D.③②④①
4.常温下,一定不能用铁制容器盛放的液体是( )
A.浓硫酸B.浓氨水C.CuSO4溶液D.AlCl3溶液
5.下列各种方法中,能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是( )
①金属表面涂抹油漆 ②改变金属内部结构 ③保持金属表面清洁干燥 ④金属表面进行电镀 ⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A.①②③④ B.①③④⑤ C.①②④⑤D.全部
6.为了避免青铜器生成铜绿,以下方法正确的是( )
A.将青铜器放在银质托盘上
B.将青铜器保存在干燥的环境中
C.将青铜器保存在潮湿的空气中
D.在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
7.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,则原溶液呈________________性,发生________腐蚀,电极反应:
负极:
正极:
(1)若试管内液面下降,则原溶液呈E性,发生________腐蚀。
电极反应式,负极
________________________________________________________________________,
正极:
________________________________________________________________________。
1.钢铁在中性条件下发生电化学腐蚀时,正极的电极反应式为( )
A.Fe-2e-===Fe2+B.2H++2e-===H2↑
C.2H2O+O2+4e-===4OH-D.Fe-3e-===Fe3+
2.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为:
2Fe+2H2O+O2===2Fe2++4OH-。
以下说法正确的是( )
A.负极发生的反应为:
Fe-2e-===Fe2+
B.正极发生的反应为:
2H2O+O2+2e-===4OH-
C.原电池是将电能转变为化学能的装置
D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
3.下列事实不能用电化学原理解释的是( )
A.铝片不用特殊方法保护
B.轮船水线下的船体上装一定数量的锌块
C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后速率增大
D.镀锌铁比
镀锡铁耐用
4.镀锌铁在发生析氢腐蚀时,若有0.2mol电子发生转移,下列说法正确的是( )
①有5.6g金属被腐蚀 ②有6.5g金属被腐蚀 ③在标准状况下有2.24L气体放出
④在标准状况下有1.12L气体放出
A.①②B.②③
C.①④D.③④
5.为保护地下钢管不受腐蚀,可采取的措施有( )
A.与石墨棒相连B.与直流电源负极连接
C.与直流电源正极连接D.与锌板相连
6.下列几种金属制品的镀层损坏后,金属腐蚀的速率最快的是( )
A.镀铝塑料 B.铁制食品罐头盒(镀锡)
C.白铁水桶(镀锌)D.镀银铜质奖章
7.2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港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,其主要成分是Cu2(OH)2CO3。
但这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍熠熠生辉不生锈,下列对其主要原因的分析,最可能的是( )
A.它们的表面都镀上了一层耐腐蚀的黄金
B.环境污染日趋严重,它们表面的铜绿被酸雨溶液洗去
C.铜的金属活动性比氢小,因此不易被氧化
D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金
8.
如图,缠上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中,可以看到在金属条表面的溶液出现粉红色。
该金属条可能是( )
A.铜B.镁C.铝D.锌
9.金属腐蚀的电化学原理可用下图模拟。
(1)请写出有关电极反应式:
①铁棒上电极反应式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
1碳棒上电极反应式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)该图所表示的是
________________________________________________________________________
(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀。
(3)若将O2撤走,并将NaCl溶液改为稀H2SO4溶液,则此图可表示________________(填“析氢”或“吸氧”)腐蚀原理;若用牺牲阳极法来保护铁棒不被腐蚀溶解,即可将碳棒改为________棒。
1、金属的防护的一般方法
(1)改变金属内部组织结构
(2)在金属表面覆盖保护(3)电化学保护法
1:
下列关于原电池的叙述正确的是
A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B.原电池是将化学能转变为电能的装置
C.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
D.原电池放电时,电流的方向是从负极到正极
2:
电子计算器中所用的纽扣式电池为银—锌电池,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为:
Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-下列叙述正确的是
A.电流由锌经导线流向Ag2O
B.Zn是正极,发生氧化反应,Ag2O是负极,发生还原反应
C.Zn是负极,发生氧化反应,Ag2O是正极,发生还原反应
D.工作时,负极区域溶液pH减小,正极区域溶液pH减小
3:
以下现象与电化学腐蚀无关的是:
A黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易生锈B生铁比软铁芯(几乎是纯铁)易生锈
C铁质器件附有铜质配件,在接触处易生锈D银质奖牌久置后表面变暗
电解池原理及应
电解池工作原理:
1、电解池构成条件:
2、电极名称及确定:
阳极:
阴极:
3、电极反应式:
阳极:
(1)惰性电极
(2)活性金属电极
阴极:
4、电解各类电解质溶液(惰性电极)的情况是归纳见下表:
电解类型
实例
阴极
阳极
电解反应式
溶液pH
恢复
电解水
H2SO4
加H2O
NaOH
NaNO3
电解自身
HCl
通入HCl气体
CuCl2
加入CuCl2固体
生碱析氢
NaCl
通入HCl气体
生酸放氧
CuSO4
加入CuO固体或CuCO3固体
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