原電池及其應(yīng)用

第六章化學(xué)反應(yīng)與能量變化電化學(xué)第25課時(shí)原電池(1)能量變化：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(2)形成條件：①兩個(gè)電極：較活潑金屬（作負(fù)極）與較不活潑金屬（作正極）；金屬與金屬氧化物；石墨與石墨（或Pt與Pt）②電解質(zhì)溶液：③導(dǎo)線形成回路④電極上有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生1．原電池(4)微粒流向：外電路：電子從負(fù)極流向正極內(nèi)電路：溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極(3)原理：2.原電池設(shè)計(jì)方法①找出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，確定正負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液和正負(fù)極上反應(yīng)的物質(zhì)；②利用元素守恒、電荷守恒和電子守恒分別寫出電極反應(yīng)式；③驗(yàn)證：兩電極反應(yīng)式相加所得式子和原化學(xué)方程式相同，則原電池設(shè)計(jì)和電極反應(yīng)書寫都正確。3.幾種常見的化學(xué)電源電池名稱負(fù)極正極電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)干電池銀鋅電池鉛蓄電池（放電）氫氧燃料電池Al-空氣海水電池CH4-O2燃料電池4.金屬的電化學(xué)腐蝕金屬的腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕(較強(qiáng)酸性環(huán)境中)吸氧腐蝕(弱酸性、中性或堿性環(huán)境中)直接反應(yīng)原電池反應(yīng)鋼鐵中Fe為負(fù)極,C為正極.條件:較強(qiáng)的酸性(pH≤4.3)環(huán)境下.電解質(zhì)溶液:CO2+H2OH2CO3H++HCO3－

Fe負(fù)極:Fe－2e-=Fe2+C正極:2H++2e=H2↑(放出氫氣,故為“析”氫)原電池總反應(yīng):Fe+2H+=Fe2++H2↑(1)鐵的析氫腐蝕

溶液中:Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+HCO3－+H2OH2CO3+OH－

H++OH－=H2O

久置后:Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓Fe(OH)3分解生成鐵銹Fe2O3·nH2O.

在酸雨中,H+濃度增大,同時(shí)溶液導(dǎo)電性增強(qiáng),因此鋼鐵更容易發(fā)生析氫腐蝕.

內(nèi)因:鋼鐵中Fe為負(fù)極,C為正極.

外因:弱酸性、中性(或堿性)電解質(zhì)溶液環(huán)境下,空氣中的O2

氧化性>H+的氧化性.電解質(zhì):①pH>4.3的弱酸性;②中性純水(導(dǎo)電性弱,腐蝕慢);③中性電解質(zhì)溶液(如鹽水,增強(qiáng)導(dǎo)電性,加快腐蝕).Fe負(fù)極:2Fe－4e-=2Fe2+

C正極:O2+4e-+2H2O=4OH－(2)鐵的吸氧腐蝕原電池總反應(yīng):2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

溶液中:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

久置分解生成鐵銹Fe2O3·nH2O總反應(yīng):4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3提醒：鐵鍋炒菜后,沾有鹽水,不久便生銹.水洗干凈,并倒放涼干,就不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕,延長使用期.(3)金屬的防護(hù)1、改善金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)：如不銹鋼2、防止形成原電池：如(1)鈍化；(2)保持干燥；(3)不與電解質(zhì)接觸；(4)涂上油漆；(5)鍍上一層純金屬（如鋅或錫）(6)鉚上鋅塊（鋅被腐蝕，保護(hù)鐵)(7)接電源的負(fù)極，通電強(qiáng)行阻止鐵失電子。1.（09廣東理科基礎(chǔ)25）鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應(yīng)：①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O。下列說法正確的是

A．反應(yīng)①、②中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等

B．反應(yīng)①中氧化劑是氧氣和水

C．與銅質(zhì)水龍頭連接處的鋼質(zhì)水管不易發(fā)生腐蝕

D．鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學(xué)腐蝕A2.（09廣東理科基礎(chǔ)34）下列有關(guān)電池的說法不正確的是

A．手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池

B．銅鋅原電池工作時(shí)，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極

C．甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

D．鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極B3.（09福建卷11）控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3++2I-2Fe2++I2設(shè)計(jì)成如右圖所示的原電池。下列判斷不正確的是

A.反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

B.反應(yīng)開始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3+被還原

C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

D.電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負(fù)極D解析：乙中I－失去電子放電，故為氧化反應(yīng)，A項(xiàng)正確；由總反應(yīng)方程式知，F(xiàn)e3＋被還原成Fe2＋，B項(xiàng)正確；當(dāng)電流計(jì)為零時(shí)，即說明沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，可證明反應(yīng)達(dá)平衡，C項(xiàng)正確。加入Fe2＋，導(dǎo)致平衡逆向移動，則Fe2＋失去電子生成Fe3＋，而作為負(fù)極，D項(xiàng)錯(cuò)。4.（09廣東化學(xué)14）可用于電動汽車的鋁-空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確的是A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí)，正極反應(yīng)都為：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－B．以NaOH溶液為電解液時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為：Al＋3OH－－3e-＝Al(OH)3↓C．以NaOH溶液為電解液時(shí)，電池在工作過程中電解液的pH保持不變D．電池工作時(shí)，電子通過外電路從正極流向負(fù)極A解析：電解質(zhì)溶液顯堿性或中性，該燃料電極的正極發(fā)生反應(yīng)為：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，A對；鋁作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)應(yīng)該是鋁失去電子變?yōu)殇X離子，在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續(xù)與過量的堿反應(yīng)生成偏鋁酸根，因此負(fù)極反應(yīng)為：Al＋4OH－－3e－

＝AlO2-+2H2O，B錯(cuò)；該電池在堿性條件下消耗了堿，反應(yīng)式為4Al＋3O2＋4OH－=4AlO2-+2H2O溶液PH降低，C錯(cuò)；電池工作時(shí)，電子從負(fù)極出來經(jīng)過外電路流到正極，D錯(cuò).5.(09上海理綜11)茫茫黑夜中，航標(biāo)燈為航海員指明了方向。航標(biāo)燈的電源必須長效、穩(wěn)定。我國科技工作者研制出以鋁合金、Pt-Fe合金網(wǎng)為電極材料的海水電池。在這種電池中①鋁合金是陽極②鋁合金是負(fù)極③海水是電解液④鋁合金電極發(fā)生還原反應(yīng)A．②③ B．②④ C．①② D．①④A6.(2008寧夏）一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2eB.O2(g)+4H+(aq)+4e=2H2O(l)C.CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+6H+(aq)+6eD.O2(g)+2H2O(l)+4e=4OHC7.（2008北京理綜）據(jù)報(bào)道，我國擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車將在北京奧運(yùn)會期間為運(yùn)動員提供服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是（）正極反應(yīng)式為：O2+2H2O+4e－=4OH－工作一段時(shí)間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量不變該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2+O2=2H2O用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24LCl2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí)，有0.1mol電子轉(zhuǎn)移D8.Pt和Zn為電極材料埋入人體內(nèi)作為心臟起搏器的功能，它跟人體的體液中含有一定濃度的溶解O2、H+和Zn2+進(jìn)行作用。1．其正極的反應(yīng)式為

，負(fù)極的反應(yīng)式為

。2．將5g鋅埋入人體內(nèi)，則可維持多少年需要第二次手術(shù)進(jìn)行更換（保留二位有效數(shù)字）?

2Zn-4e-=2Zn2+O2+4H++4e-=2H2O

在Zn反應(yīng)完畢之前要進(jìn)行第二次手術(shù)更換Zn，反應(yīng)完畢所需要的時(shí)間為t=