2019-2020年高中化学（大纲版）第二册 第四章 几种重要的金属 第四节原电池原理及其应用(备课资料).doc

2019-2020年高中化学（大纲版）第二册 第四章 几种重要的金属 第四节原电池原理及其应用(备课资料)一、活泼金一一定作原电池负极吗? 在原电池中，相对活泼金属作负极，相对不活泼金属作正极。这里的“相对活泼金属”仅指金属活动性顺序表中位置靠前的金属吗?不是!这里的金属活泼性还要考查电解质溶液的影响。 例如：在酸性溶液中镁比铝要活泼。但在烧碱溶液中铝要比镁活泼：2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2，在碱性溶液中Al比Mg易于失去电子。实验证明，在MgAlH2SO4形成的原电池中Mg为负极；当往该电池的电解质溶液中加入过量的NaOH时，电流立即反向,这说明在AlMgNaOH形成的原电池中，Mg作正极。 因此，我们在引导学生判断原电池的正、负极时，既要看金属活动性顺序。也莫忘多留意一下电解质溶液是什么。具体问题具体分析。以免学生误判。 中学化学作者：文继明 二、浅析形成原电池的三个条件电化学是电解质一章的难点，近年的高考卷中连续涉及这方面的内容，要使学生全面掌握原电池的知识必须渗透原电池形成的三个条件：(1)活泼性不同的两个电极，(2)电解质溶液；(3)两电极浸入电解质溶液后起反应。只要分析清这三个方面的问题原电池的难点就会自然消失。 1电极问题 两个电极的选择是原电池能否成功构成的先决条件，教科书中的锌铜电池和电化学腐蚀不是金属本身参加反应的电极就是石墨电极，以致学生看到燃料电池之类就束手无策，其实电极很多，常见的电极有四类： (1)金属一金属离子电极 此种电极结构最简单，只要将金属棒插入含有该种金属盐的溶液中即成。即教科书所讲的只要插入与其反应的电解质溶液中就形成电极。电极反应式一般为：MneMn+,表示Mn+/M (2)气体电极 顾名思义，此种电极必含气态物质，燃料电池中的氢电极和氧电极就属这类。电极中的导体材料通常选用铂或石墨，将气流冲击到这些物质上即形成电极。例如，氢电极就是将氢气流冲击到铂片上，并将铂片浸入含有H的溶液中构成，电极反应为： H22H+2e一，表示成PtH2H+(3)金属一微溶盐电极 这种电极比较复杂，是金属棒上覆盖一层该金属的微溶盐或氧化物，再把它浸入含有该盐同负离子的溶液或碱溶液中。如1994年高考卷中的银锌电池的负极是OH一ZnO，Zn，正极是OH一Ag2O，Ag就属于这类电极。 (4)氧化还原电极 将铂(或石墨)插入含有同一元素两种价态的离子溶液中，例如。要同学设计Fe+2Fe3+=3Fe2+的原电池时正极是Fe2+，Fe3+C就是这类电极。 2原电池中的电解质 教科书中涉及原电池的电解质都是其中的阳离子(或溶在电解质中的分子)在正极放电，如锌铜电池正极反应Cu2+2e一Cu。在铜铁吸氧腐蚀中是O2+4e一+2H2O4OH一 等。这样就易造成若电解质本身不能得失电子就不能构成原电池的错觉。其实大部分电池中 的电解质在充放电时是没有得失电子的，只是起着内电路导电功能和调节离子浓度的作用。 如何让学生根据电池反应来选择电池的电解质呢?对于简单不可逆电池的电解质只要能 与负极起氧化还原反应就行。例如，铜锌电池的电解质可选择CuSO4等可溶性铜盐即可。对 于复杂些的可逆电池，金属微溶盐类电极则选择含有与该盐相同负离子的溶液，如铅蓄电池选 硫酸，其他电池一般选择含有氧化产物或还原产物离子的电解质。 总之，要让学生明白电解质本身没有直接参加得失电子的原电池是存在的。 3原电池的反应如何明确发生怎样的原电池反应：首先要让学生明白根据氧化还原反应组装的原电池，只不过是把原来氧化剂还原剂直接交换电子变成间接地交换电子，得失电子的还是原来的氧化剂和还原剂。这就是写电池反应、电极反应的关键。如ZnCuS04Cu本质的反应还是： Zn+CuSO4= Cu+ZnSO4据此学生就不难写出两极反应为： 负极 Zn一2e一Zn2+ 正极Cu2+2e一Cu 两极相加与原来相符就对。 三、钢铁的“腐蚀”与“生锈” “腐蚀”与“生锈”是两个既有联系又有区别的化学概念，但学生往往易把二者混用。现就钢铁的“腐蚀”与“生锈”举例谈一下二者的关系。 当钢铁发生化学腐蚀时，即Fe与O2直接起缓慢氧化而发生腐蚀时，腐蚀处即生锈处。 当钢铁发生电化学腐蚀时，钢铁的腐蚀就不是生锈处了，比如浸在水里的铁柱与水面接触的部 位比在水下的部位易生锈，而在水下的部位容易作负极而不断溶解，即水下的部分腐蚀最 严重。 负极：Fe一2e一=Fe2+ 正极：H2O+O2+2e一=2OH一 可见。在正极附近的水中OH一浓度增大，而在水中()z的溶解量越多，则正极附近产生的OH一浓度越大，因此与水面接触的部位附近因O2的溶解量大，成为原电池的正极，而在下面的部位成为负极，在原电池反应中电子流动的方向如图所示。Fe在水面下被氧化成Fe2+进入溶液并向正极移动，与正极附近产生的OH一结合，生成Fe(OH)2，进而生成Fe(OH)3。Fe2+2OH一=Fe(OH)2，4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 最后生成Fe2O3Nh2O(铁锈的主要成分)。可见，铁锈最容易在正极附近形成t即最容易在水面接触的部位形成，不难看出，在水下的部分容易作负极而不断发生电化学腐蚀而被“溶解”掉。 由此可见，钢铁的“腐蚀”与“生锈”在不同的过程中有着不同的意义，二者不能相提并论。 中学化学作者：丁峰山综合能力训练 1一种新型燃料电池，是以多孔镍板为电极插入KOH溶液中。然后分别向两极通乙烷和氧气，其电极反应式为：C2H6+180H一一14e一=2CO+12H2O，7H2O+O2+14e一=140H一，有关此电池的推断正确的是 ( ) A电解质溶液中CO；一向正极移动 B放电一段时间后，KOH物质的量浓度不变 C通乙烷的电极为负极 D参加反应的O2和C2 H6的物质的量之比为7：l 答案：C 2(1)今有2H2+O2 2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是 ，正极通的应是 ，电极反应式为 ， 。 (2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式为 。(1)和(2)的电池液不同，反应进行后，溶液的pH各有何变化? (3)如把H2改为CH4、KOH作导电物质，则电极反应式为 答案：(1)H2 O2 负极：2H2+4OH一一4e一=4H2O 正极：O2+2H2O4+4e一一4OH一 (2)负极：2H24e一=4H+ 正极：O2+4e一+4H+=2H2O前变小，后变大 (3)负极：CH4+10OH一一8e一=CO+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e一=80H一充电放电 3镍一镉(NiCd)可充电电池可以发生如下反应：Cd(OH)2+2Ni(OH)2 = Cd+2NiO(OH)+2H2O。由此可见,该电池的负极材料是 ( ) ACd BNiO(OH) CCd(OH)2 DNi(OH)2 答案：A