高二化學(xué)原電池原理及其應(yīng)用

1、第四節(jié) 原電池原理及其應(yīng)用教學(xué)目標(biāo):1.掌握原電池的原理及形成條件,簡單電極反應(yīng)的書寫.2.了解原電池原理的基本應(yīng)用以及新型化學(xué)電池的原理.3.掌握金屬腐蝕電化學(xué)腐蝕的實(shí)質(zhì).自然界中的能量轉(zhuǎn)化與守衡1.風(fēng)能,太陽能,水的勢能轉(zhuǎn)化為電能.2.6CO2+6H2OC6H12O6+O2,植物利用葉綠素通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能.3.C+O2=CO2,通過燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能和熱能.疑問:化學(xué)能能否轉(zhuǎn)化為電能?哪些化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能?回憶:根據(jù)金屬的活動(dòng)順序,將Fe,Cu棒分別插入稀硫酸中,可以觀察到什么現(xiàn)象?反應(yīng)原理?追問并演示:若將Fe,Cu棒相連后再插入稀硫酸,現(xiàn)象還相同嗎?尤

2、其注意Cu棒表面的現(xiàn)象?Fe+H2SO4=FeSO4+H2,氧化還原反應(yīng),Fe失電子,H+得到電子.問題1:銅棒表面的氣泡是什么物質(zhì)?它是溶液的什么離子形成的?2.該離子形成氣體過程中,是需要得到電子還是失去電子?發(fā)生什么反應(yīng)?3.銅棒和鐵棒誰發(fā)生反應(yīng)了?銅棒的表面的電子是哪兒來的呢?疑問:已知電子在導(dǎo)體中定向移動(dòng),可以形成電流.那么利用怎樣的方法可以證明上述實(shí)驗(yàn)中有電子移動(dòng)或電流產(chǎn)生?演示:銅片和鋅片用導(dǎo)線相連并連入電流表,然后插入稀硫酸溶液中,觀察銅棒表面以及電流表現(xiàn)象.現(xiàn)象:Cu表面產(chǎn)生氣泡,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).說明該裝置中有電流產(chǎn)生.上述過程:Zn:Zn-2e-=Zn2+,氧化反應(yīng).C

3、u:2H+2e-=H2,還原反應(yīng).小結(jié):上述這種利用氧化還原反應(yīng)原理,把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,稱為原電池.介紹結(jié)構(gòu):Zn和Cu稱為電極.其中Zn是電子流出的一極稱為負(fù)極;Cu是電子流進(jìn)的一極稱為正極.稀硫酸稱為電解質(zhì)溶液.趣味實(shí)驗(yàn):水果電池.+-e-I正極,還原反應(yīng)負(fù)極,氧化反應(yīng)陽離子移動(dòng) 思考 下列各裝置能否形成原電池反應(yīng)？能形成原電池反應(yīng)的，指出電極名稱，寫出電極方程式，指出電子流動(dòng)方向；不能形成原電池反應(yīng)的說明原因。CuZnH2SO4CuZnH2SO4CuZn 酒精CuAgH2SO4CuAgAgNO3CuZnH2SO4CuZnH2SO4CuZnH2SO4小結(jié):構(gòu)成原電池的條件:1.兩個(gè)

4、活性不同的電極(活潑的電極做負(fù)極)2.電解質(zhì)溶液3.形成閉合回路4.發(fā)生氧化還原反應(yīng).問題鞏 固 練 習(xí)1.利用下列物質(zhì)組成原電池,并判斷電極,寫出相應(yīng)的反應(yīng)式.(1)Fe-C,稀硫酸溶液(2)FeCu,FeCl3溶液(3)AlCu,濃HNO3第二課時(shí) 了解原電池原理的基本應(yīng)用以及新型化學(xué)電池的原理.復(fù)習(xí)鞏固:1.形成原電池的條件是什么?原電池的電極名稱怎么確定?兩極分別發(fā)生什么反應(yīng)?2.利用下列物質(zhì)組合或設(shè)計(jì)原電池,判斷正負(fù)電極以及兩極上的現(xiàn)象,寫出電極反應(yīng)式及反應(yīng)類型.1.AlFe,鹽酸; 2.ZnPt,CuSO4溶液.3.3Cu+8稀HNO3-3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,4.2

5、Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+問題:在CuZn,硫酸原電池中反應(yīng)的實(shí)質(zhì)還是Zn與硫酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H2,但是H+是到正極Cu片上得到電子的,這樣的反應(yīng)與Zn直接跟硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體快慢是否有所不同呢?演示:1.純鋅投入稀硫酸中,觀察現(xiàn)象.2.純鋅投入稀硫酸中,再滴入幾滴CuSO4溶液,觀察產(chǎn)生氣泡的快慢.問題:如何解釋實(shí)驗(yàn)2反應(yīng)產(chǎn)生的氣體速率加快?問題2:已知原電池中負(fù)極的活潑性一般強(qiáng)于正極,試完成下列金屬的比較.把a(bǔ),bc,d四塊金屬與電解質(zhì)形成原電池時(shí),如將a,d相連插入FeCl3中,發(fā)現(xiàn)a變細(xì);將b,c相連插入CuSO4中,發(fā)現(xiàn)b上有紅色物質(zhì)析出;將a,b相連后插入CH3COOH溶液中,發(fā)

6、現(xiàn)a上有氣泡產(chǎn)生.則上述金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序是 .cbad練習(xí)1:在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4 溶液的濃度為0.125mol/L , 若工作一段時(shí)間后，從裝置中共收集到 0.168L升氣體，則流過導(dǎo)線的電子為 mol,溶液的pH值為 ？（溶液體積變化忽略不計(jì)）0.2解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg3.75 答：0.015根據(jù)電極反應(yīng)：正極：負(fù)極：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：2 2 22.4x y 0.168解：0.20.1252c(H+)余2H+ 2eH2小結(jié):原電

7、池的基本應(yīng)用(1)形成原電池可以加快某些化學(xué)反應(yīng)的速率.(2)根據(jù)原電池的正負(fù)極,可以比較金屬活潑性.(3)判斷溶液的酸堿性.(4)制備各種化學(xué)電池.(5)金屬防護(hù)電化學(xué)腐蝕.制作各種化學(xué)電池:(1)干電池.演示:ZnC,NH4Cl溶液組成的原電池.判斷正負(fù)極以及電極反應(yīng)式.干電池原理正極:2NH4+2e-=2NH3+H2,還原反應(yīng).負(fù)極:Zn-2e-=Zn2+,氧化反應(yīng).其中產(chǎn)生的NH3,H2都被吸收:4NH3+ZnCl2=Zn(NH3)4Cl2,H2+2MnO2=Mn2O3+H2O現(xiàn)在更常用的是體積小,性能更好的堿性鋅錳電池,其容量和放電時(shí)間都要比普通鋅錳電池增加幾倍呢.(2)鉛蓄電池:-

8、汽車上常用.12 正極：PbO2 (2) 鉛畜電池 負(fù)極：Pb 電解質(zhì)溶液：稀H2SO4 練習(xí) 鉛蓄電池在放電時(shí)的電極反應(yīng)式和總的反應(yīng)式。負(fù)極( Pb ): Pb-2e-+SO42-=PbSO4正極(PbO2): PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O總反應(yīng)式:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O (3) 鋰電池：質(zhì)量輕，電壓高，工作效率高，貯存壽命長。鋰電池：鋰電池以鋰作負(fù)極，非水有機(jī)溶劑如環(huán)脂、直鏈脂及酰胺等和無機(jī)溶劑作溶劑，以鋰鹽 LiClO4、LiAlCl4、LiAsF4等為電解質(zhì)。由于鋰密度低，電極電位負(fù)值高、延展性好，使得鋰電池有比容量大、電壓高、

9、電阻低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)電池材料中無一種可能對環(huán)境造成污染。被廣泛地應(yīng)用于心臟起搏器、電子表、計(jì)算器。如:Li+MnO2=LiMnO2(4) 新型燃燒電池（閱讀P.105并思考：在新型燃燒電池工作時(shí)，有沒有發(fā)生燃燒現(xiàn)象？） 練習(xí)已知?dú)溲跞紵姵毓ぷ鲿r(shí)，分別向兩個(gè)惰性電極上通入氫氣和氧氣，并以NaOH溶液為電解液，試寫出電極反應(yīng)式和總的反應(yīng)式。12大有發(fā)展前景的燃料電池可用兩個(gè)多孔石墨電極（分別含有不同的催化劑）插入作為電解質(zhì)的30%的KOH水溶液中，氧氣和 氫氣分別不斷通入正極和負(fù)極并不斷被消耗。兩極發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)負(fù)極:H2+2OH- -2e=2H2O,正極:(1/2)O2+H2O+2e=2OH-

10、總反應(yīng)為:H2+(1/2)O2=H2O經(jīng)采用適當(dāng)措施以適應(yīng)在失重情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的這種類型的燃料電池曾在1967年首次被用作阿波羅宇宙飛船的電源。 練習(xí) 甲烷燃燒電池的電極反應(yīng)式和總的反應(yīng)式負(fù)極:CH4 +10OH- -8e-=CO32-+7H2O正極:O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng):CH4+2O2+2OH- =CO32-+3H2O 思考 為什么廢舊電池必須回收，不能亂扔？ 防止重金屬離子污染環(huán)境如Hg2+,Cd2+ 回收利用有色金屬，節(jié)約資源 練習(xí)1 鋁-海水電池利用空氣作氧化劑，海水為電解液，常作于航海標(biāo)志燈。試寫出該電池的電極反應(yīng)式和總的反應(yīng)方程式。練習(xí)2:判斷下列電池的正負(fù)電極以及電

11、解質(zhì)溶液的酸堿性.1.鎳鎘電池:NiO2+Cd+2H2O=Cd(OH)2+Ni(OH)2;2.銀鋅電池:Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2紐扣電池.3.氫鎳電池:1/2H2+NiO(OH)=Ni(OH)2第三課時(shí) 金屬的腐蝕與防護(hù)一.金屬的腐蝕:金屬制品如鋼鐵制品出現(xiàn)紅色銹斑,鋁制品會(huì)出現(xiàn)白色斑點(diǎn),銅器表面出現(xiàn)銅綠等,類似的金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程,稱為金屬腐蝕.問題:那金屬腐蝕的本質(zhì)是什么呢?M-ne-=Mn+,金屬原子失去電子變成陽離子的過程.即金屬在腐蝕過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng).金屬腐蝕的類型:1.化學(xué)腐蝕:金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反

12、應(yīng)而引起的腐蝕.如鐵跟氯氣直接反應(yīng)而腐蝕;鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕等.2.電化學(xué)腐蝕:不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí),會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失電子而被氧化的腐蝕.例如鋼鐵在潮濕空氣中所發(fā)生的腐蝕就是電化學(xué)腐蝕.疑問:金屬在潮濕的空氣中,最常見的是電化學(xué)腐蝕,其發(fā)生的本質(zhì)原因是什么呢?鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖原因:鋼鐵本身是鐵和碳的合金,當(dāng)鋼鐵表面形成電解質(zhì)時(shí),Fe-C與電解質(zhì)溶液組合成無數(shù)微小原電池.酸性溶液中弱酸性或中性溶液中鋼鐵的電化學(xué)腐蝕鋼鐵析氫腐蝕時(shí):-酸性負(fù)極:Fe-2e-=Fe2+;正極C:2H+2e-=H2吸氧腐蝕:-中性或弱酸性.負(fù)極:Fe-2e-=

13、Fe2+;正極C:O2+2H2O+4e-=4OH-小結(jié):電化學(xué)腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因,而其中更普遍的是吸氧腐蝕.疑問:既然我們了解了金屬腐蝕的本質(zhì),尤其是電化學(xué)腐蝕中吸氧腐蝕,那我們應(yīng)該采取怎樣的措施來保護(hù)金屬,使其避免腐蝕呢?二.金屬的防護(hù):1.改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu),如加入Ni形成不銹鋼.2.金屬表面覆蓋保護(hù)層.如噴漆,涂油,電鍍,噴鍍表面鈍化等使金屬與電解質(zhì)隔離.常見的如在鐵表面鍍錫形成馬口鐵,鍍鋅形成白鐵皮或涂鋁粉漆就是為了防護(hù)金屬的腐蝕.問題:若白鐵皮和馬口鐵表層都有部分被破壞,則它們的防腐蝕能力還存在嗎?3.以牙還牙利用電化學(xué)原理進(jìn)行防護(hù)犧牲陰極的陽極保護(hù)法.原理:形成原電池反應(yīng)時(shí)

14、，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。例如上述已被損壞的白鐵皮.犧牲陰極的陽極保護(hù)法原理及應(yīng)用練 習(xí)1。 如圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：（1）若液面上升，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕,電極反應(yīng)式為：負(fù)極： ,正極： ； 若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕，電極反應(yīng)式為：負(fù)極： 正極： 。（2）中性或堿性 吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸性析氫Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 2.下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是(5)(2)(1)(3)(4)3.下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(

15、2)(1)(3)4、分析右圖，按要求寫出有關(guān)反應(yīng)方程式：（1）、鐵棒上的電極反應(yīng)式為：（2）、碳棒上的電極反應(yīng)式為：（3）、溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：5、鎳鎘可充電電池可發(fā)生如下反應(yīng)：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，該電池的負(fù)極材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放電充電A. Cd, （ D ）B. NiO(OH), D. Ni(OH)2C. Cd(OH)22Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3O2+2H2O+4e-4OH-2Fe4e-2Fe2+ ; ; orz25msr ; 地對哥哥和姐姐說：“瞧瞧，這父子倆長得，可真叫個(gè)

16、像??！”又笑著對東伢子說：“小東伢簡直就是把你給揉小了呢！”小東伢馬上說：“二舅爺，那是不是把我拽大了就變成我爹了？”小東伢冷不丁的這一句話，把大家都給逗笑了。沒想到這小東西還有更絕的！只見他依偎在耿英的懷里抬起小腦袋問：“姨姨，你這樣喜歡我，怎么就沒有自己的小伢子呢？”耿英都給羞臊死了，那么能說會(huì)道的嘴巴愣是說不出來一句話來。喬氏說：“我的小東伢啊，你可真正是個(gè)小人兒呢。姨姨光顧了做生意賺銀子了，還沒有結(jié)婚呢，哪來的小伢子?。∫桃桃院髸?huì)有的！”又說：“英丫頭啊，你和哥哥都不小了，老家也都有青梅竹馬的心上人在等著呢，回去了就結(jié)婚吧，好讓你娘早點(diǎn)兒抱上孫娃外外的！”耿正和耿英都說：“是，娘娘。我

17、們回去后，把重要的事情安排好了，就操辦這事！”沒有想到耿直也冷不丁給來了一句：“娘娘，我姐以后生了兒子，肯定長得像小東伢！您不知道，我的大壯哥哥跟東伢子姐夫長得就很像呢！”耿英羞得滿臉緋紅，就手打了弟弟腦袋一巴掌，說：“你怎么也像個(gè)小娃娃一樣！”耿直委屈地說：“我說的是實(shí)話嘛！”喬氏伸手摸一摸耿直腦袋上被打的地方，說：“直伢子沒有錯(cuò)，是你姐姐不好，娘娘替她給你道歉啊！不生氣哦！”44第九十八回 耿兄妹重返白家院|（別后七載常思念，觸景生情過云煙；一朝終得再相見，故人已辭淚蹉跎。）臘月二十八那天，天氣很是晴好，幾乎沒有一絲風(fēng)。耿家兄妹三人乘坐大騾車，沿著近八年之前爹爹帶著他們沿江南下時(shí)走過的路，緩緩地朝武昌鎮(zhèn)走來。進(jìn)入鎮(zhèn)子以后，騾車走得更慢了。冬日里溫暖的陽光照耀著，街面越來越熟悉起來。時(shí)間過去這么多年了，武昌鎮(zhèn)上的變化雖然也有一些，但基本輪廓還是記憶中的老樣子。近中午了，人們大概是回家吃飯去了吧，街面上只有稀稀拉拉很少的行人。兄妹三人一直默默地坐在車上，誰也不想說話。此時(shí)此刻，充斥在他們心里的，全部都是爹爹當(dāng)年帶他們離開這里時(shí)的