苏教版 化学 选修6 专题5课题1　原电池

欢迎进入化学课堂 课题1原电池 学习目标1 通过原电池实验 加深对原电池工作原理的认识 2 通过制作氢氧燃料电池 了解燃料电池的工作原理 3 能用实验的方法证明钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的发生 并能用化学知识加以解释 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 探究整合应用 课题1 课前自主学案 1 原电池铜锌原电池 如图所示 也称为丹尼尔电池 这种电池用金属锌和铜作电极 锌电极放入 溶液中 铜电极放入 溶液中 两个电解质溶液之间用盐桥连接起来 两个电极用导线连接起来 并串联 ZnSO4 CuSO4 一个电流计以便观察电流的产生和方向 在该原电池中 电流从铜电极流向锌电极 即电子由锌电极流向铜电极 电子流出的电极叫 极 电子流入的电极叫 极 电极反应为 负极 正极 电池反应 因此 会出现锌片质量 铜片上有红色物质析出 质量增加 通过电流计指针变化的现象 判断有 产生 负 正 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu Zn Cu2 Zn2 Cu 减小 电流 2 燃料电池燃料电池是将燃料与氧化剂发生氧化还原反应时的 能转化为 能的装置 燃料电池广泛用于航天事业 氢氧燃料电池的电极反应如下 负极 正极 电池反应 化学 电 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 O2 2H2O 3 电化学腐蚀金属的电化学腐蚀是由于发生 反应而引起的 例如 在潮湿的空气中 金属表面吸附了一层水膜 这层水膜中又溶解有少量 等气体 结果在金属表面形成了一薄层电解质溶液 钢铁是铁和碳的合金 它可以与表面的一层电解质溶液形成很多微小的原电池 在此原电池中 铁作为 极 碳作为 极 若钢铁表面形成的溶液呈酸性 则H 在正极获得电子变为H2 负极的Fe失去电子成为Fe2 进入水膜 发生 腐蚀 其电极反应为 原电池 负 正 析氢 负极 正极 电池反应 若钢铁表面形成一层中性或偏碱性的电解质溶液 则溶解在水中的氧气将在正极获得电子 发生 腐蚀 其电极反应为 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 Fe 2H Fe2 H2 吸氧 负极 正极 电池反应 Fe OH 2可进一步氧化成Fe OH 3 反应的化学方程式 Fe OH 3又可失水变成铁锈 通常以Fe2O3 nH2O表示 2Fe 4e 2Fe2 O2 2H2O 4e 4OH 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 思考感悟 1 钢铁在空气中很容易被腐蚀 而纯铁却有较强的抗蚀性 为什么 2 怎样利用电化学原理来防止金属的腐蚀 提示 1 金属的腐蚀是以电化学腐蚀为主的 钢铁都是铁的合金 其中含有一定量的碳 在潮湿的空气中 形成许多微小的原电池 加快了铁的腐蚀 而纯铁在空气中不发生原电池反应 仅有化学腐蚀 非常缓慢 故纯铁有较强的抗蚀性 2 可在被保护的金属上连接一更活泼的金属 如在轮船壳体上连接锌板 也可用外接电源 将直流电源的负极接在被保护的金属上 防止金属被氧化 二 实验步骤1 原电池实验 1 在一块锌片 10cm 3cm 和一块铜片 10cm 3cm 之间放一块海绵 用棉线或橡皮筋固定好 用导线把小灯泡 2 5V0 3A 和锌片 铜片连接起来 插入盛有稀硫酸的烧杯中 如图所示 观察到的现象为 2 一段时间后 向烧杯中加入1 2g重铬酸钾晶体 或高锰酸钾晶体 或5 10mL6 H2O2溶液 振荡 观察到的现象为 3 改用Zn C Al Cu为电极材料 分别与稀硫酸组合成原电池 按照上述实验装置和操作方法进行实验 会观察到类似的实验现象 2 制作氢氧燃料电池 1 把两根碳棒放在酒精喷灯 或煤气灯 火焰上灼烧2 3min后 立即投入到冷水中 反复操作3 5次 目的是 使碳棒表面变得粗糙多孔 2 将经过灼烧的两根碳棒插入2mol L 1KNO3溶液中 并与6V直流电源连接 如图中 所示 电解约20s 使两电极的碳棒上吸附较多的气泡 3 切断电池 在两电极之间接上音乐集成电路 原来连接直流电源正极的碳棒应该与音乐集成电路的正极相连接 如图中 所示 观察到的现象为 说明装置中产生电流 3 金属的电化学腐蚀 1 析氢腐蚀取两根3 5cm长的铁钉 用稀盐酸除去铁锈 在其中一根铁钉上疏散地绕几圈光亮的细铜丝 使铜丝与铁钉紧密接触 把上述两根铁钉分别放入两支试管中 各加入3mL0 1mol L 1盐酸和2滴K3 Fe CN 6 铁氰化钾 溶液 观察到 上产生的气泡多 周围先出现蓝色沉淀 Fe2 能与 Fe CN 6 3 反应生成蓝色沉淀 绕有铜丝的铁钉 绕有铜丝的铁钉 2 吸氧腐蚀取一片铁片 用砂纸擦去铁锈 在铁片上滴1滴含酚酞的食盐水 如图所示 静置1 2min 观察到的现象为 溶液变红色 1 铜片和锌片用导线连接后插入稀H2SO4中 锌片是 A 阴极B 正极C 阳极D 负极解析 选D 原电池的两极分别命名为正 负极 铜片和锌片用导线连接后插入稀H2SO4中形成了原电池 其中锌失去电子作原电池的负极 2 茫茫黑夜中 航标灯为航海员指明了方向 航标灯的电源必须长效 稳定 我国科技工作者研制出以铝合金 Pt Fe合金网为电极材料的海水电池 在这种电池中 铝合金是阳极 铝合金是负极 海水是电解液 铝合金电极发生还原反应A B C D 解析 选A 较活泼的铝合金为负极 对 Pt Fe合金网为正极 海水是电解液 对 负极上发生氧化反应 错 解析 选B 二次电池 即可充电电池 所以A项对 在铜锌原电池中 活泼金属Zn是负极 负极失电子发生氧化反应 因此电子的流向是由负极 锌电极 流向正极 铜电极 B项错 课堂互动讲练 下列是我们常见的两种原电池装置 将它们进行比较 1 实验现象 2 实验分析 1 对于左上图装置 Zn片 Zn 2e Zn2 Cu片 Cu2 2e Cu同时在Zn片上 Zn可直接与CuSO4溶液反应 生成Cu与ZnSO4 因此该装置中既有化学能转化为电能 同时也有化学能转化为热能 2 对于右上图所示原电池 使用盐桥 避免了Zn与CuSO4溶液的直接反应 电极名称及电极反应 锌片 负极Zn 2e Zn2 氧化反应 铜片 正极Cu2 2e Cu 还原反应 总化学方程式 Zn CuSO4 Cu ZnSO4 当有盐桥存在时 在ZnSO4溶液中 Zn片逐渐溶解 即Zn被氧化 锌原子失去电子 形成Zn2 进入溶液 从锌片上释放出的电子 经过导线流向铜片 CuSO4溶液中的Cu2 从铜片上得到电子 还原成为金属铜并沉积在铜片上 随着反应的进行 左边烧杯中溶液c Zn2 增大 右边烧杯中c Cu2 减小 此时 盐桥中的Cl 会移向ZnSO4溶液 K 移向CuSO4溶液 使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性 氧化还原反应得以继续进行 从而使原电池不断地产生电流 即 依据氧化还原反应 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 设计的原电池如图所示 请回答下列问题 1 电极X的材料是 电解质溶液Y是 2 银电极为电池的 极 发生的电极反应为 X电极上发生的电极反应为 3 外电路中的电子是从 电极流向 电极 解析 根据所给氧化还原反应方程式 结合原电池反应原理以及所给原电池装置 Cu应作负极 AgNO3溶液为电解质溶液 从而推知 1 电极X的材料为铜 电解质溶液Y是AgNO3溶液 2 银为原电池的正极 发生的电极反应为Ag e Ag X电极上发生的电极反应为Cu 2e Cu2 3 外电路中的电子从X Cu 电极流向银 Ag 电极 答案 1 铜AgNO3溶液 2 正Ag e AgCu 2e Cu2 3 X Cu 银 Ag 变式训练1 2011年绍兴高二检测 用铜片 银片 Cu NO3 2溶液 AgNO3溶液 导线和盐桥 装有琼脂 KNO3的U形管 构成一个原电池 以下有关该原电池的叙述正确的是 在外电路中 电流由铜电极流向银电极 正极反应为Ag e Ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A B C D 解析 选C Cu为负极 电子由Cu电极流向Ag电极 取出盐桥 电池不能形成闭合回路 不能继续工作 1 制作氢氧燃料电池 2 燃料电池电极反应方程式的书写 1 燃料电池的电极不参与反应 有很强的催化活性 起导电作用 2 燃料电池在负极上发生氧化反应的是燃料 如H2 CH4 CH3OH等 在正极上参与反应的是空气或氧气 电解质溶液一般是KOH溶液 3 书写电极反应方程式时 酸性条件下可用H 和H2O配平 碱性条件下可用OH 和H2O配平 解析 选AB 放电时 负极氢气失去电子被氧化产生的H 与碳酸根离子结合生成二氧化碳 碳酸根离子将向负极移动 正极氧气得到电子被还原生成氢氧根离子 氢氧根离子与二氧化碳结合生成碳酸根离子 反应的实质是2H2 O2 2H2O 每转移2mol电子生成1mol水 因此电路中通过amol电子时 理论上可以生成9ag水蒸气 1 类型 2 影响金属腐蚀的因素及腐蚀快慢规律 1 影响金属腐蚀的因素 金属本性金属越活泼 就越容易失去电子而被腐蚀 介质介质对金属腐蚀的影响也很大 如果金属在潮湿的空气中 接触腐蚀性气体或电解质溶液 都容易被腐蚀 2 判断金属腐蚀快慢的规律 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大 腐蚀越快 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 某探究小组用铁钉被腐蚀的快慢实验来研究防止钢铁腐蚀的方法 所用试剂有 材质相同的无锈铁钉数个 食盐水 碳酸水 植物油各多量 实验温度为298K 308K 每次实验取用铁钉的数量相同 液体体积相同且足量 用大小相同的试管实验 1 请完成以下实验设计表 并在实验目的一栏中填出对应的实验编号 2 请根据上述实验和金属腐蚀原理 判断下列有关钢铁制品防腐蚀的说法正确的是 填字母 A 在铁门 铁窗表面涂上油漆B 自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施 所以不需要停放在有遮雨的地方C 家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D 把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路 可减小铁闸门被腐蚀的速率 思路点拨 解答本题要注意以下两点 1 比较实验应只有一个条件不同 其他条件相同 进行对比 2 结合金属腐蚀的原理和条件判断防腐蚀措施的正误 解析 1 根据实验目的 可知 和 实验的不同之处为电解质溶液 故其实验温度应相同 即 亦为298K 取用的电解质溶液为碳酸水 由 可知 和另外一组 可为 实验探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响 故 中试管内取用液体与 相同 而温度不同 应为308K 由 可知 实验中试管内取用液体应为非电解质 即植物油 温度与 相同 为298K 2 根据实验 钢铁制品防腐蚀可涂油漆 电镀等保护层 并保持干燥以防止电化学腐蚀 故A C正确 B错误 D项挡水铁闸门若与直流电源的正极连接构成回路 则Fe作阳极腐蚀加快 不会被保护 D错误 答案 1 2 AC 变式训练3如图装置中 U形管内为红墨水 a b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液 各加入生铁块 放置一段时间 下列有关描述错误的是 A 生铁块中的碳是原电池的正极B 红墨水柱两边的液面变为左低右高C 两试管中相同的电极反应式是 Fe 2e Fe2 D a试管中发生了吸氧腐蚀 b试管中发生了析氢腐蚀 解析 选B 粗看装置虽感到陌生 但仔细分析得知该实验是吸氧腐蚀与析氢腐蚀的简单综合 a试管内盛装食盐水 溶液呈中性 发生的是吸氧腐蚀 负极反应式为Fe 2e Fe2 正极反应式为O2 2H2O 4e 4OH 显然a装置内气体的物质的量减少 压强减小 b试管内盛装氯化铵溶液 溶液呈酸性 发生的是析氢腐蚀 负极反应式为Fe 2e Fe2 正极反应式为2H 2e H2 气体的物质的量增加 压强增大 综上分析选项B错 探究整合应用 Zn MnO2干电池应用广泛 其电解质溶液是ZnCl2 NH4Cl混合溶液 1 该电池的负极材料是 电池工作时 电子流向 填 正极 或 负极 2 若ZnCl2 NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2 会加速某电极的腐蚀 其主要原因是 欲除去Cu2 最好选用下列试剂中的 填代号 a NaOHb Znc Fed NH3 H2O 3 MnO2的生产方法之一是以石墨为电极 电解酸化的MnSO4溶液 阴极的电极反应式是 若电解电路中通过2mol电子 MnO2的理论产量为 g 解析 1 原电池的负极是发生氧化反应的一极 Zn 2e Zn2 电池工作时 电子是从负极流向正极 2 Zn与Cu2 发生氧化还原反应 生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池 加快反应速率 从而加快Zn的腐蚀 3 电解池的阴极是发生还原反应的一极 2H 2e H2 每生成1molMnO2需转移2mol电子 故每通过2mol电子 理论上生成1molMnO2 质量为87g 答案 1 Zn 或锌 正极 2 锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀b 3 2H 2e H2 87 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全