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化学能转化为电能 原电池原理及其应用 学习目标1 理解原电池工作原理和形成条件 能 制作 最简单的原电池 2 常识性了解日常生活中常用的化学电源和新型化学电池3 了解金属的电化学腐蚀和金属的防腐 了解电池的污染形成和危害 练习 随着人们生活质量不断提高 废电池必须集中处理的问题已提到议事日程 富阳市各居民区都有废电池回收工作在进行 你认为其主要原因是A 回收利用电池外壳的金属材料B 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品C 防止电池中汞 镉 铅等重金属离子对土壤和水源造成污染D 回收电池中的石墨电极 广东电池厂女工职业病调查 多人死亡权益难保障 19岁的付洪琴来惠州先进电池厂打工 然而因工作而产生镉中毒 好肿 从脚开始到大腿上全部是很肿的 临死前 她给妈妈的遗言就是 我真不该进那个厂 我进那个厂好苦啊 苦得没法说 2006年11月中下旬 惠州市城区法院开庭审理镉超标女工诉著名电池品牌超霸电池厂商的案子 这已经是女工们在两年内第三次走到法庭要说法 锌片插入稀硫酸 锌片上出现无色气体 铜片插入稀硫酸 无明显现象 锌片和铜片同时插入稀硫酸 锌片上出现无色气体 锌片和铜片上端用导线连接在一起插入稀硫酸 铜片上出现无色气体 锌片和铜片之间连电流表 铜片上出现无色气体 电流表指针偏转 用干电池判断电流方向 Cu片为正极 锌片为负极 问题探讨 1 锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中 铜片上为什么有气泡产生 2 锌片的质量有无变化 3 写出锌片和铜片上变化的离子方程式 4 在原电池中如何定义电极 电极各发生什么反应 5 溶液中离子如何定向移动 溶液中c H 如何变化 这种化学能转变为电能的装置叫做原电池 锌片 Zn 2e Zn2 负极 氧化反应 Zn原子 铜片 2H 2e H2 正极 还原反应 H 离子 从Zn片通过导线流向Cu片 问题二 原电池的两极材料如何选择呢 负极 还原性较强的金属 氧化反应 负极向外电路提供电子 正极 还原性较弱的金属或惰性电极C Pt 还原反应 正极从外电路得到电子 1 哪种装置可以形成原电池 2 指出正 负极溶液上各发生什么变化 3 电子的流动方向如何 组成原电池的条件 有两种活动性不同的金属 或一种是非金属导体 作电极 电极材料均插入电解质溶液中 两极相连形成闭合电路 内因条件 有一个可以自发进行的氧化还原反应 构造条件 1 X Y Z都是金属 把X浸入Z的硝酸盐溶液中 X的表面有Z析出 X与Y组成原电池时 Y为电池的负极 X Y Z三种金属的活动性顺序为 A X Y ZB X Z YC Y X ZD Y Z X 练习2 在锌与盐酸的反应过程当中 某同学为了加快反应速率 在盐酸和锌的混合物中滴加几滴CuCl2溶液 请分析其机理 请利用2FeCl3 Fe 3FeCl2 设计一个原电池 两个活泼性不同的电极 导体 Fe作负极 石墨或铜等作正极 电解质溶液 FeCl3溶液 形成闭合回路 电极反应 负极 Fe 2e Fe2 正极 2Fe3 2e 2Fe2 金属的电化学腐蚀 金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀 金属的化学腐蚀是指金属直接与接触到的化学物质发生化学反应而引起的腐蚀 金属跟电解溶液接触时 会发生原电池反应 比较活泼的金属失去电子而被氧化 这种腐蚀叫电化学腐蚀 钢铁的电化学腐蚀 1 在中性或很弱的酸性溶液中 占主要 正极 负极 电解质溶液 主要反应 负极 Fe 2e Fe2 正极 O2 2H2O 4e 4OH C Fe 不纯的水 在中性或很弱的酸性溶液中 钢铁的腐蚀叫吸氧腐蚀 2 在酸性溶液中 主要反应 负极 Fe 2e Fe2 正极 2H 2e H2 在酸性溶液中 钢铁的腐蚀叫析氢腐蚀 1 以下现象与电化学腐蚀无关的是A 黄铜 铜锌合金 制作的铜锣不易产生铜绿B 生铁比软铁芯 几乎是纯铁 容易生锈C 铁质器件附有铜质配件 在接触处容易生铁锈D 银质首饰放置久了容易表面变暗 2 用铁片与稀硫酸反应制备氢气时 下列措施不能使氢气生成速率加大的是A 加热B 不用稀硫酸 改用98 的硫酸C 滴加少量CuSO4溶液D 不用铁片 改用铁粉 金属的防护 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面 就金属本性来说 金属越活泼 就越容易被腐蚀 有些金属比如铬 铝等 虽然比较活泼 但因表面可生成致密的氧化膜 使金属钝化 防止金属进一步被氧化 从而保护了内层金属不再被腐蚀 如果金属中的杂质不如该金属活泼 则容易形成原电池而使金属发生电化腐蚀 介质对金属腐蚀的影响也很大 如果金属在潮湿的空气中 容易接触腐蚀性气体或电解质溶液 都容易被腐蚀 因此要注意对金属的保养 金属防护的方法很多 如可以根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金 如不锈钢就是一种耐腐蚀的合金 又如可以在金属的表面可以喷油漆 涂油脂 电镀等方法使金属和介质隔离 起到防护的作用 也可以采用电化学保护的方法 炒过菜的铁锅没有洗净 含有NaCl 第二天便会因为腐蚀出现红褐色的锈斑 Fe2O3 nH2O 试问 1 铁锅的腐蚀应属于 腐蚀 为什么 2 铁锅腐蚀的电极反应为 3 负极反应的产物会继续发生反应 则发生反应的方程式有哪些 3 有人设计以铂和锌为电极材料 埋入人体内作某种心脏病人的心脏起搏器的能源 它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作 则其正极材料可能是A 锌B 铂C O2D H2O 4 铁棒与石墨棒用导线连接后 浸入0 01mol L的食盐溶液中 其中已滴加有酚酞 可能出现的现象是A 铁棒附近产生红色B 铁棒被腐蚀C 石墨上放出氯气D 石墨棒上放出氧气 5 据报道 美国正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸电池 它具有容量大等优点 其电池反应为2Zn O2 2ZnO 原料为锌粒 电解液和空气 有关该电池的叙述正确的是A 锌粒为正极 空气进入负极参加反应B 负极反应为 Zn 2e Zn2 C 正极发生氧化反应D 电解质溶液肯定不是强酸 请判断下列原电池装置中的正负极 并写出可能的电极反应 H2SO4 1 多孔碳棒的制备 将碳电极放在高温火焰上灼烧到红热 迅速浸入冷水 2 接通S1后的反应 接正极 4OH 4e O2 2H2O 接负极 4H 4e 2H2 3 断开S1接通S2后的反应 2H2 4e 4H 为负极 O2 4e 2H2O 4OH 为正极 化学电源 1 干电池 普通锌 锰干电池 正极 石墨棒 负极 锌筒 电解质溶液 调成糊状的氯化铵 碱性锌 锰干电池 电解液改成碱液 负极改作锌粉 主要反应 负极 Zn 2e Zn2 正极 2MnO2 2NH4 2e 2MnO OH 2NH3 Zn 2MnO2 2NH4 Zn2 2MnO OH 2NH3 2 铅蓄电池 正极 PbO2 负极 Pb 电解质溶液 稀硫酸 又叫铅酸蓄电池 主要反应 负极 Pb SO42 2e PbSO4 正极 PbO2 SO42 4H 2e PbSO4 2H2O 总反应 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 镍 镉蓄电池可广泛用于收录机 电话机 银 锌蓄电池是一种高能电池 体积小 质量轻 锂电池也是一种高能电池 体积小 质量轻 3 银锌纽扣电池 正极 负极 电解质溶液 Zn Ag2O H2OZn OH 2 2Ag Zn Zn 2e Zn2 KOH溶液 Zn 2e 2OH Zn OH 2 Ag2O Ag2O 2e H2O 2Ag 2OH 4 镍氢电池 正极 负极 MH NiO OH 5 氢氧燃料电池 极板为惰性电极 KOH溶液为电解质溶液 主要反应 负极 2H2 4OH 4e 4H2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 6 甲醇 空气燃料电池 2CH3OH 3O2 4OH 2CO32 6H2O 负极 2CH3OH 16OH 12e 12H2O 2CO32 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 日本水俣病事件日本熊本县水俣湾外围的 不知火海 是被九州本土和天草诸岛围起来的内海 水俣镇是水俣湾东部的一个小镇 有4万多人居住 周围的村庄还居住着1万多农民和渔民 1925年 日本氮肥公司在这里建厂 后又开设了合成醋酸厂 1949年开始生产氯乙烯 C2H5Cl 1956年超过6000吨 同时工厂把没有经过任何处理的废水排放到水俣湾中 1956年 水俣湾附近发现了一种奇怪的病 这种病症最初出现在猫身上 被称为 猫舞蹈症 不久 也发现了患这种病症的人 患者口齿不清 步履瞒珊 面部痴呆 手足麻痹 感觉障碍 视觉丧失 震颤 手足变形 重者神经失常 或酣睡 或兴奋 身体弯弓高叫 直至死亡 这种 怪病 就是日后轰动世界的 水俣病 是最早出现的由于工业废水排放污染造成的公害病 氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞 Hg 的催化剂 这使排放的废水含有大量的汞 当汞在水中被水生物食用后 会转化成甲基汞 CH3HgCl 这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命 而当时由于氮的持续生产已使水俣湾的甲基汞含量达到了足以毒死日本全国人口2次都有余的程度 水俣湾由于常年的工业废水排放而被严重污染了 水俣湾里的鱼虾类也由此被污染了 这些被污染的鱼虾通过食物链又进入了动物和人类的体内 甲基汞通过鱼虾进入人体 被肠胃吸收 侵害脑部和身体其他部分 进入脑部的甲基汞会使脑萎缩 侵害神经细胞 破坏掌握身体平衡的小脑和知觉系统 据统计 有数十万人食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾 到2000年3月 2264人被诊断为水俣病 加上未确诊病例 估计患病人数高大10 000 在花费了485亿日圆 3 94亿美元 和四年时间挖掘和清除沉积在海底含有汞的垃圾 再将水俣湾全部鱼类等水产清除后 终于在1997年宣布水俣湾为安全海湾