学年高中化学专题2第1课时化学能转化为电能化学电源学案苏教版必修2Word下载.docx
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得失电子
失电子
得电子
正、负极判断
负极
正极
电子流向
流出
流入
电极反应式
Zn-2e-===Zn2+
2H++2e-===H2↑
总反应式
Zn+2H+===Zn2++H2↑
(3)构成原电池的“一个反应,三个条件”
①原理反应:
自发进行的氧化还原反应。
②三个条件
二、钢铁的电化学腐蚀
实验内容
在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水,放置一段时间
实验现象
溶液周围逐渐呈现红色,并慢慢形成褐色的锈斑
实验结论
钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀
钢铁的电化学腐蚀原理
图示
形成条件
钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2,通常溶液呈中性弱酸性或弱碱性
电极材料
负极是Fe,正极是C
电极反应
负极反应式:
2Fe-2e-===2Fe2+,正极反应式:
2H2O+O2+4e-===4OH-
2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2
溶液中的反应
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
Fe(OH)3脱水生成红色铁锈
电化学腐蚀概念
不纯金属或合金与电解质溶液接触,发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀
三、化学电源
1.优点:
能量转化率比燃料燃烧要大得多。
2.化学电源的分类
(1)一次电池:
用过之后不能复原,如锌锰干电池等。
(2)二次电池:
充电后能继续使用,如银锌纽扣电池。
(3)燃料电池:
燃料和氧化剂分别在两个电极上反应,如氢氧燃料电池、甲醇空气燃料电池等。
3.实例
(1)银锌纽扣电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O
Zn(OH)2+2Ag,则该电池的负极为Zn,发生氧化反应。
(2)氢氧燃料电池工作时负极反应的物质为H2,正极反应的物质为O2。
[基础自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)
(1)原电池是一种将电能转化为化学能的装置。
( )
(2)原电池中活泼金属作负极,失去电子,发生氧化反应。
(3)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动。
(4)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧,然后热能转化为电能。
【答案】
(1)×
(2)√ (3)×
(4)×
2.将纯锌片和纯铜片按图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( )
①两装置中铜片表面均无气泡产生
②甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
③两装置中溶液中的c(H+)均减小
④产生气泡的速率甲比乙慢
⑤甲中SO
向Zn片移动,H+向Cu片移动
⑥乙中电流从Cu片流向Zn片
⑦两装置中Cu片的质量均不变
A.①②③ B.③⑤⑦C.④⑤⑥D.②③④⑤⑦
B [甲是原电池,甲中锌片作负极,铜片作正极,正极上发生还原反应:
2H++2e-===H2↑,有气泡产生,乙装置中锌片上发生反应:
Zn+2H+===Zn2++H2↑,铜片上无气体产生,①错;
乙中装置不构成原电池,②、⑥错;
两装置中溶液中的氢离子均发生反应,c(H+)均减小,③正确;
原电池反应的反应速率较快,④错;
阳离子H+向正极Cu片移动,阴离子SO
向Zn片移动,⑤正确;
两装置中Cu片未参加反应,质量均不变,⑦正确。
故选B。
]
3.下列说法正确的是( )
A.镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C.化学电池的反应基础是氧化还原反应
D.铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb,负极材料是PbO2
C [碱性锌锰干电池是一次电池;
燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池;
铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2,负极材料是Pb。
[合作探究·
攻重难]
原电池的工作原理
[背景材料]
铜锌原电池工作原理如图所示:
[思考交流]
(1)在铜锌原电池中,电子是怎样移动的?
电子能否通过电解质溶液?
原电池工作时电流是怎样形成的?
【提示】 锌失去电子,电子通过导线流向铜片。
电子不能通过电解质溶液,在溶液中阳离子流向正极,阴离子流向负极,阴阳离子定向移动形成电流。
(2)若将铜锌原电池中的稀硫酸换作硫酸铜溶液,能否产生电流?
电极反应有何不同?
【提示】 将稀硫酸换作硫酸铜溶液,也可以构成原电池,产生电流。
锌为负极,发生氧化反应Zn-2e-===Zn2+,铜为正极,发生还原反应:
Cu2++2e-===Cu,总反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu。
(3)某种燃料电池的工作原理示意图如下所示,a、b均为惰性电极。
根据电子流向判断燃料和氧气应在哪个入口通入?
【提示】 A口通入燃料,B口通入氧气。
原电池正、负极的判断方法
原电池原理的应用
(1)结合原电池构成的条件,思考怎样依据反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+设计一个原电池?
画出原电池装置图并标出正、负极。
【提示】 先确定两个电极,负极失电子化合价升高,所以铜作负极,再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极;
从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子,所以用硝酸银作电解质溶液。
装置图:
(2)锌与稀硫酸反应时,若滴几滴硫酸铜溶液,反应速率会加快,试分析其原因。
【提示】 滴加硫酸铜溶液后,会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。
然后铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池,从而加快锌与稀硫酸的反应速率。
(1)加快氧化还原反应的速率
自发进行的氧化还原反应,形成原电池时反应速率增大。
例如,Zn与稀H2SO4反应时,滴加少量CuSO4溶液,则Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池,加快Zn与稀硫酸反应的速率。
(2)比较金属的活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
例如,有两种金属a、b,用导线连接插入到稀H2SO4中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生,则a为负极,b为正极,金属活动性a>
b。
(3)用于金属腐蚀保护
使金属制品作原电池的正极而得到保护。
例如,将铁质输水管道与锌块相连,锌作原电池的负极失电子,保护铁不被腐蚀。
(4)设计电池
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
如:
把Fe+2Fe3+===3Fe2+设计成原电池,可用Fe作负极,铜(或石墨)作正极,FeCl3溶液作电解质溶液。
[当堂达标·
固双基]
题组1 构成原电池的条件
1.如图所示的装置,能够组成原电池产生电流的是( )
D
2.下列各组材料中,不能组成原电池的是( )
A
B
C
两极材料
Zn片、石墨
Cu片、Ag片
Zn片、Cu片
Fe片、Cu片
插入溶液
稀H2SO4溶液
AgNO3溶液
蔗糖溶液
稀盐酸
C [蔗糖是非电解质,不能构成原电池。
题组2 原电池中正极、负极的判断
3.李明在学完了原电池的知识之后,设计了如图所示的柠檬水果电池,观察到外电路上的电流从电极X流向电极Y。
已知他选择了铁为X极,则Y极应该是( )
A.锌 B.石墨C.银D.铜
A [电流的方向与电子的流动方向相反,则电子由电极Y经导线流向电极X,因此Y电极的活泼性强于铁,故Y电极只能为锌。
4.下列叙述中正确的是( )
A.原电池的负极发生得电子的还原反应
B.原电池中较活泼的金属作正极
C.原电池中的电极一定要由两种不同的金属组成
D.原电池中发生氧化反应的电极是负极
D [原电池的两极可以是两种活泼性不同的金属,也可以是由金属与非金属(例如石墨)构成,原电池的负极失去电子发生氧化反应,故A、B、C选项错;
只有D选项正确。
题组3 原电池的工作原理
5.右图是Zn和Cu组成的原电池示意图,某小组做完该实验后,在读书卡片上记录如下,卡片上描述合理的是( )
A.①②③B.④⑤⑥C.③④⑤D.②③⑥
D [锌比铜活泼性强,因此在Cu—Zn—H2SO4原电池中,锌为负极,电子由锌→铜,导线中电流由铜→锌,锌失去电子而溶解,溶液中的H+移向铜片,在Cu极得到电子而产生H2气泡。
故D项正确。
6.碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnO(OH),下列说法不正确的是( )
A.该电池Zn为负极,MnO2为正极,电解质是KOH
B.放电时外电路电流由Zn流向MnO2
C.电池工作时OH-向锌电极移动
D.该电池的正极反应为
MnO2+e-+H2O===MnO(OH)+OH-
B [放电时,Zn为负极,MnO2为正极,电子从Zn电极(负极)流向MnO2(正极),电流方向与电子流向相反,从正极流向负极,故B项错误。
原电池工作中“三个方向”和“一个类型”
题组4 原电池工作原理的应用
7.M、N、P、E四种金属,已知:
①M+N2+===N+M2+;
②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡产生;
③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-===E,N-2e-===N2+。
则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A.P>
M>
N>
EB.E>
P
C.P>
ED.E>
P>
N
A [由①知金属活动性:
N;
由②知M作原电池的正极,故金属活动性:
M;
由③知N作负极,故金属活动性:
E。
A正确。
8.试根据氧化还原反应:
2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2设计原电池,回答下列问题。
电解质溶液是________,负极是________,电极反应式为
___________________________________________________________,
正极是________,电极反应式为________________________。
【解析】 氧化还原反应中的氧化剂在正极反应,还原剂在负极反应。
根据方程式可知,铜作负极,FeCl3为电解质,正极宜选用不与FeCl3反应但能导电的物质。
【答案】 FeCl3 Cu Cu-2e-===Cu2+ 石墨 2Fe3++2e-===2Fe2+
题组5 钢铁的电化学腐蚀
9.钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上发生的电极反应是( )
A.2H++2e-===H2↑
B.Fe2++2e-===Fe
C.2H2O+O2+4e-===4OH-
D.Fe3++e-===Fe2+
C [钢铁发生吸氧腐蚀时,负极反应为Fe-2e-===Fe2+,正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,C正确。
10.如图所示,液面上浮着一个空心铁球。
数天后可观察到的现象是( )
①铁球表面出现红棕色锈斑
②铁球表面出现黑色锈斑
③量筒内水位下降
④量筒内水位上升
A.①③ B.①④ C.②③ D.③④
B [量筒中的空气、溶有O2的食盐水和铁球(铁碳合金)组成原电池,发生了电化学腐蚀。
其负极反应式是2Fe-4e-===2Fe2+,正极反应式是O2+2H2O+4e-===4OH-。
Fe2+与OH-结合成Fe(OH)2,再被氧化成Fe(OH)3,Fe(OH)3脱水成为Fe2O3·
xH2O而在铁球表面出现红棕色锈斑。
由于量筒中的O2被吸收,所以量筒内的水位会上升。
题组6 化学电源
11.常用的纽扣电池为银锌电池,它分别以锌和氧化银为电极。
放电时锌极上的电极反应是Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2,氧化银极上的反应是Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-,下列判断中,正确的是( )
A.锌是负极,发生氧化反应,氧化银是正极,发生还原反应
B.锌是正极,发生氧化反应,氧化银是负极,发生还原反应
C.锌是负极,发生还原反应,氧化银是正极,发生氧化反应
D.锌是正极,发生还原反应,氧化银是负极,发生氧化反应
A [放电时是原电池。
负极是较活泼金属,失电子,发生氧化反应;
正极是较不活泼金属或非金属导体,发生还原反应。
12.氢氧燃料电池是一种能在航天飞机上使用的特殊电池,其反应原理示意图如图。
下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是( )
A.由于A、B两电极材料没有活泼性差别,故不能构成原电池
B.A电极是负极,电极上发生氧化反应
C.产物为无污染的水,属于环境友好的绿色电池
D.外电路中电流由B电极通过导线流向A电极
A [A项,燃料电池中电极的活泼性可以是相同的,错误;
B项,A电极通入的是氢气,A电极作负极,电极上发生氧化反应,正确;
C项,产物为无污染的水,属于环境友好的绿色电池,正确;
D项,B电极是正极,则外电路中电流由B电极通过导线流向A电极,正确。