化學能與電能的轉化-電池課件4(魯科版選修4)

第3節(jié)化學能轉化為電能---電池知識回顧1,什么是氧化還原反應?它的特征和本質是?2,金屬還原性的強弱判斷方法有?化學反應中有元素的化合價發(fā)生變化的反應叫氧化還原反應,氧化還原反應的特征:元素化合價有變化.氧化還原反應本質:電子的轉移(電子得失或電子對的偏向與偏離)①按其在周期表中的位置:同一周期,從左到右,金屬還原性減弱.同一主族從上到下,金屬還原性增強.②金屬活動順序表:從左到右,金屬還原性減弱.③實驗事實:與水(或酸)反應越容易,金屬還原性越強.④從金屬最高價氧化物對應的水化物的堿性:堿性越強,金屬的還原性越強.知識回顧3,日常生活中使用的幾種電池:如手機電池,干電池等,你知道它們的的工作原理嗎?原電池的工作原理，原電池工作時把化學能轉化為電能。一、原電池1、概念：將化學能轉化成電能的裝置叫做原電池。原電池與普通氧化還原反應的差異原電池將化學能轉變?yōu)殡娔懿煌c原電池反應快反應部位反應速率能量變化負極失去電子發(fā)生氧化反應正極得到電子發(fā)生還原反應2、構成原電池的條件（1）必須自發(fā)進行氧化還原反應；（3）兩個電極必須插入電解質溶液中或熔融的電解質中；（4）兩個電極必須相連并形成閉合回路。（2）必須有兩種活潑性不同的導電材料作電極；兩種活潑不同的金屬。一種金屬與一種非金屬（如石墨）。兩電極都是其它材料。電極材料3、原電池工作原理e-I－：Zn－2e－＝Zn2＋＋：2H＋+2e－＝H2↑溶液中離子流向電子流向電極反應陰離子負極氧化反應電子經外導線正極陽離子還原反應1、原電池的反應原理發(fā)生氧化還原反應化學能轉化為電能陽離子正極陰離子負極3、溶液內部無電子流動，通過陰陽離子定向移動實現內電路的電流注意2、離子移動方向4、正負兩極上進出電子總數相等，根據電子守恒原理可進行許多有關電極反應的計算。4、原電池電極的判斷特性負極電子流出相對活潑失電子發(fā)生氧化反應正極電子流入相對不活潑得電子發(fā)生還原反應1、根據定義來判斷：電子流出的一極是負極；電子流入的一極是正極。2、根據反應類型來判斷：發(fā)生氧化反應的一極是負極；發(fā)生還原反應的一極是正極。3、根據電極活潑性來判斷：一般來說，較活潑的一極是負極；較不活潑的一極是正極。4、根據離子流向來判斷：陰離子移向的一極是負極；陽離子移向的一極是正極。練習:下列裝置是不是原電池?若是,指出正負極.CuSO4ZnCuZnSO4溶液FeCNaCl5、電池的表示方法：負極在左，正極在右。用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U型管）構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是（）①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應為：Ag++e-=Ag③實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同A．①②B．②③ C．②④D．③④C[拓展]請結合組成原電池的條件，將氧化還原反應：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+

設計成一個原電池。1、電解液：

。2、電極材料：正極

，負極

。3、電極反應式：負極:

。正極:

。[歸納]原電池的設計方法:①怎樣選擇確定原電池的負極、正極材料？②怎樣選擇確定原電池的電解質溶液？③畫原電池的裝置圖時要注意什么問題？④怎樣書寫原電池的電極反應及總反應式？6、原電池原理的應用（1）制作干電池、蓄電池、高能電池等。（2）比較金屬活動性強弱。（3）比較反應速率。（4）比較金屬腐蝕的快慢。（5）判斷溶液pH值變化。例2：下列制氫氣的反應速率最快的是（）A.純鋅和1mol/L硫酸B.純鋅和18mol/L硫酸C.粗鋅和1mol/L硫酸D.粗鋅和1mol/L硫酸的反應中加入幾滴CuSO4溶液例1：下列敘述中，可以說明金屬甲比乙活潑性強的是（）A.甲和乙用導線連接插入稀鹽酸溶液中，乙溶解，甲上有H2放出B.在氧化還原反應中，甲比乙失去的電子多C.將甲乙作電極組成原電池時甲是負極D.同價態(tài)的陽離子，甲比乙的氧化性強CD負極（鋅筒）：正極（石墨）：總反應：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH1、鋅-錳干電池（堿性）二、化學電源2、鉛蓄電池負極Pb：Pb+SO42--2e-=PbSO4正極PbO2：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O總反應：鈕扣電池：不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內靠正極一端填充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質溶液為濃KOH溶液，已知電池內Zn的氧化產物為ZnO。3、銀-鋅電池負極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-

總反應：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag4、燃料電池（1）寫出正確的燃燒反應化學方程式并找出兩極放電的物質，負氧正還；（2）根據電解液（如溶液的酸堿性）改寫燃料電池總反應；（3）寫出正極的電極反應式；（4）由燃料電池總反應式減去正極的電極反應式得到負極的電極反應式。練習1、氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然使用方便，卻受到價格和來源的限制。常用的燃料往往是某些碳氫化合物，如：甲烷、汽油等。請寫出圖中甲烷燃料電池中a極的電極反應式：

，此時電池內總的反應式。KOH溶液CH4O2H2OabCH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O練習2：有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是（）①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole-②負極上CH4失去電子，電極反應式：CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O③負極上是O2獲得電子，電極反應式為：O2+2H2O+4e-=4OH-④電池放電后，溶液PH不斷升高A.①②B.①③C.①④D.③④A5、海水電池（電解質溶液為海水）負極：4Al-12e—=4Al3+正極：3O2+6H2O+12e—=12OH—總反應：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3跟相同質量的其它金屬作負極相比，使用壽命延長，高能、質輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。三、金屬的腐蝕及其防護1、概念：金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應（氧化還原反應）而腐蝕損耗的過程，即為金屬的腐蝕。2、本質：3、分類：化學腐蝕電化腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕金屬腐蝕金屬陽離子失e-氧化反應金屬原子化學腐蝕電化腐蝕條件金屬跟非金屬單質直接接觸不純金屬或合金跟電解質溶液接觸現象無電流產生有微弱電流產生本質金屬被氧化較活潑金屬被氧化圖例聯系兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍（1）化學腐蝕與電化腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜呈酸性水膜呈中性或酸性很弱電極反應負極FeFe—2e=Fe2+2Fe—4e=2Fe2+正極C2H++2e=H2↑O2+2H2O+4e=4OH—總反應Fe+2H+=Fe2+↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2示意圖聯系通常兩種腐蝕同時存在，但以后者更普遍。（2）析氫腐蝕與吸氧腐蝕練習如圖,水槽中試管內有一枚鐵釘，放置數天觀察：（1）若液面上升，則溶液呈性，發(fā)生

腐蝕,電極反應式為：負極：,正極：；若液面下降，則溶液呈性，發(fā)生

腐蝕，電極反應式為：負極：正極：。（2）中性或堿性吸氧Fe–2e-＝Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH－酸性析氫Fe–2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑（3）鋼鐵腐蝕的防護1、改變金屬的內部組織結構：如將Cr、Ni等金屬加進鋼里制成合金鋼。2、金屬表面覆蓋保護層：如油漆、油脂等，電鍍（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保護層。原理：隔絕金屬與外界空氣、電解質溶液的接觸。3、電化學保護法——犧牲陽極的陰極保護法原理：形成原電池反應時，讓被保護金屬做正極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬反應受到腐蝕。三、金屬的腐蝕與防護１、金屬的腐蝕：（１）概念（２）金屬腐蝕的類型：（３）結論：金屬電化學腐蝕的本質化學腐蝕：電化學腐蝕吸氧腐蝕：析氫腐蝕：當水膜為弱酸性或中性當水膜酸度較高時金屬腐蝕被腐蝕的金屬作為原電池的負極，金屬原子變成陽離子，陽極消耗。金屬越活潑，越易電化學腐蝕。２、金屬的防護（１）概念：（２）方法：①改變金屬的內部結構，使金屬性質改變，成為耐腐蝕的金屬。如不銹鋼。金屬的防護就是防止金屬的腐蝕。②覆蓋保護層：③犧牲陽極保護法：④陰極電保護法（外加電流陰極保護法）：⑤使金屬表面鈍化，形成一層致密氧化物保護膜。例題11,下列試管中的鐵釘腐蝕最快的是()D例題22,A、Ｂ、Ｃ三個燒杯中分別盛有相同物質的量濃