原电池学案(使用)

第一章第三节化学能转化为电能(自学学案)原电池的工作原理第一课时【学习目标】1.通过实验探究了解原电池的工作原理,能判断原电池的正负极,能写出电极反应式。2.通过实验与分析,初步掌握形成原电池的基本条件。3.学习实验探究的方法,能设计并完成一些基本的化学实验。【学习过程】G一、原电池原理ZnCuⅠ.复习练习1请根据在化学必修2中所学原电池有关知识,填空:右图是一个池,其中Zn为极,Cu为极,电极反应式;分别是Zn:,Cu:稀硫酸总反应方程式为。该装置将能转化为能。请在右图上标出正负极名称和电子的流动方向。Ⅱ.实验探究实验1Zn与CuSO4溶液反应中的能量变化实验装置图实验现象能量变化实验2Zn与CuSO4溶液反应中的能量转化实验装置图实验现象能量装置工作原理转化名称电极反应式(注明发生反应的类型)负极():正极():电池反应:在装置图上注明电子流向内电路中阴阳离子的移动方向:负极阴离子正极阳离子Ⅲ.概念的形成及强化训练1.原电池的工作原理原电池是_____________________________________的装置。原电池根据两极活泼性的不同,分为_______和________。正极:通常是活泼性较弱的金属或非金属导体,电子流____(填“出”或“入”)的一极,电极上发生________(填“氧化”或“还原”反应)。负极:通常是活泼性较强的金属,电子流_____(填“出”或“入”)的一极,电极被________(填“氧化”或“还原”),电极发生________(填“氧化”或“还原”反应)。工作原理:还原剂(一般为较活泼的金属)发生反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极),在正极上转移给氧化剂,使氧化剂发生还原反应,从而产生电流。练习题2.有关原电池的下列说法中,正确的是()A.在正极上发生氧化反应B.化学性质较活泼的金属为负极C.正极是电子流出的极D.是由电能转化为化学能的装置二.原电池的构成条件实验探究:做下面一系列实验,探究原电池的构成条件装置图电流表指针能否偏能否构成原电池归纳得出构成原转电池的条件1否CuACuCuSO4溶液2能ZnAC3CuSO4溶液否ZnACu4酒精ACu(不加盐桥)否ZnZnSO4CuSO45(加盐桥)能练习题3.下列可构成原电池的是()【基础达标】1.下列关于原电池的叙述正确的是()电池反应A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B.原电池是将化学能转变为电能的装置C.原电池中电子流出的一极是负极,该极被还原D.原电池放电时,电流的方向是从负极到正极2.写出下列原电池装置中的电极反应和电池反应。原电池装置电极反应负极FeAC①正极H2SO4溶液负极正极CuAAAg②AgNO3溶液【能力提升】1.下列说法中正确的是()。A.原电池是把电能转化为化学能的装置B.原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应C.原电池两极均发生氧化反应D.原电池中的阳离子向正极移动2.某原电池,将两金属X、Y用导线连接,同时插入相应的电解质溶液中,发现Y电极质量增加,则可能是下列情况中的()。是负极,电解质溶液为CuSO4溶液是负极,电解质溶液为稀H2SO4溶液是正极,电解质溶液为CuSO4溶液是正极,电解质溶液为稀H2SO4溶液3.有A、B、C、D四种金属,将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中,B为正极,将A、D分别投入等浓度的盐酸中,D比A反应剧烈,将铜浸入B的盐溶液中,无明显变化,若将铜浸入C的盐溶液中,有金属C析出。据此判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是()。A.D>C>A>BB.D>A>B>CC.D>B>A>CD.B>A>D>C4.可用Zn+Br2==ZnBr2设计成蓄电池,其中负极反应是()。A.Zn→Zn2++2e-B.Br2+2e-→2Br-C.2Br-→Br2+2e-D.Zn2++2e-→Zn5.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2(1)画出装置图(标明电极材料和电解质溶液)(2)写出电极反应式。第3节化学能转化为电能——原电池第二课时化学电源与金属的防护【学习目标】1、了解几种重要的化学电源的工作原理(电极反应和电池反应)。2、理解金属腐蚀的原理。3、掌握金属防腐的原理。【学习过程】二、化学电源日常生活及高科技领域使用的各种电池,都是在原电池的原理上设计出来的。1、实用电池应具有的特点是:能产生稳定而具有较高电压的电流;安全、耐用且便于携带;能够适用于特殊用途;便于回收处理,不污染环境或对环境产生的影响较小。2、常用原电池(1)干电池干电池即普通的锌锰电池,它是用锌制的圆筒形外壳作负极,位于中央的盖有铜帽的石墨棒作正极,圆筒内填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质,还填有MnO2作去极化剂(吸收正极放出的H2,防止产生极化现象)。电极反应:负极:正极:。(淀粉糊的作用:提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度)电池总反应式为:(2)蓄电池①铅蓄电池铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳,在正极板上附着一层棕褐色PbO2,负极板上是海绵状金属铅,两极均浸在密度为1.28g·cm-3、浓度为30%的硫酸溶液中,且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。负极:正极:电池总反应:(3)微型锂电池常用于心脏起搏器的一种微型电池叫锂电池,它是用金属锂作负极,石墨作正极,电解质溶液是由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。电池的总反应式为:8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S这种电池容量大,电压稳定,能在-~71.1℃温度范围内正常工作。(4)氢氧燃料电池氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池,主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极,但具有很强的催化活性,如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应为:负极:正极:电池的总反应式为:(5)发展中的化学电源当今发展新型化学电源,不仅要在其高比能量、高比容量、长寿命方面取得长足的进步,而且更重要的是向“绿色电池”方向发展。除了前面介绍的锂电池、燃料电池外,还有可充式镍氢电池,它的化学成分主要由镍和稀土组成,不含汞,无污染,是“绿色电池”的佼佼者。它可连续充放电500次,每次充放电成本低,而且对环境减少了汞污染。三、金属的腐蚀与防护1、金属腐蚀:金属的腐蚀。金属腐蚀常见的类型。化学腐蚀是,电化学腐蚀是指2、电化学腐蚀(1)概念:当两种金属(或合金)相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时,由于形成原电池而发生的腐蚀就是电化学腐蚀。电化学腐蚀过程中由于电解质溶液的不同,又可分为和两种。①吸氧腐蚀如上图:表示的是一块铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中的腐蚀情况,其中为负极,为正极,铜板表面凝结有一层水膜,空气中CO2及沿海地区空气中的NaCl等物质溶解在水膜中形成电解质溶液,从而构成原电池。电极反应为:负极:正极:然后OH-与Fe2+结合为Fe(OH)2,故该原电池的总反应为:Fe(OH)2与潮湿空气中的水、氧气反应生成Fe(OH)3:4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3生成的Fe(OH)3分解,从而生成铁锈(Fe2O3·nH2O),该过程主要消耗O2,称为吸氧腐蚀。②析氢腐蚀同样是上述腐蚀,若空气中SO2含量较高,处于酸雨的环境下,使水膜酸度较高,即电解质溶液为酸性溶液,电极反应为:负极:正极:总反应为:该过程为析氢腐蚀。无论是析氢腐蚀,还是吸氧腐蚀,都使活泼金属成为原电池的负极,金属失电子变为金属阳离子而被腐蚀,且金属越活泼越易发生电化学腐蚀,明白了金属腐蚀的原因,也就可以找到金属防护的方法。3、金属的防护金属的腐蚀主要是电化学腐蚀,只要破坏了原电池的构成要素就可减少电化学腐蚀的发生,常见有以下几种金属防护方法:(1)让金属制品处于干燥的环境。该方法破坏了电解质溶液的存在,金属不易被腐蚀。(2)在金属表面加一层保护层。常见的方法是刷一层油漆、搪瓷、陶瓷、塑料、橡胶等保护层,效果较好的方法还有在金属表面镀上一层金属防护层。,用还原性强的金属为(3)牺牲阳极保护法:利用原电池原理,让被保护的金属为,负极金属被消耗,被保护的金属避免腐蚀。如:镀锌铁可以保护铁,但镀锡铁一旦镀层损坏后会使铁更易腐蚀。航海船只的般底四周嵌锌块,就是利用牺牲阳极保护法来保护船体的。(4)外加电流阴极保护法:电解原理中,阳极金属发生氧化反应,阴极金属再活泼也不参与反应。故可让被保护金属与外加直流电源的相连让其成为,从而得到防护,该方法为外加电流阴极保护法。【典例分析】例1、下图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是()A、a电极是负极。B、b电极的电极反应为:4OH-―4e-=2H2O+O2↑。C、氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源。D、氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置。例2、钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上发生的电极反应是()A、2H++2e-=H2↑B、Fe2++2e-=FeC、2H2O+O2+4e-=4OH-D、Fe3++e-=Fe2+例3、一般说来,根据一个氧化还原反应便可以设计一个电池。工业上常用FeCl3溶液腐蚀铜线路板,写出该反应的化学方程式(2)选取合适材料构建一个原电池实现上述反应,在下面方框内绘出原电池装置图,指出正负极,电子流向,并写出两极的电极反应式。正极负极【基础达标】1、下列叙述中正确的是()A、原电池的负极得电子,发生还原反应。B、原电池中较活泼的金属做正极。C、原电池中的电极一定要由两种不同的金属组成。D、原电池中发生氧化反应的电极是负极。2、把金属M放入盐N(NO3)2溶液中,发生如下反应:M+N2+=M2++N,以下叙述正确的是(A、常温下金属M和N都不跟水反应。B、M和N用导线连接放入稀H2SO4中,一定构成原电池,且N上有H2放出。C、M和N用导线连接并平行放入N(NO3)2溶液中,一定构成原电池D、由M和N构成的原电池,M一定是负极,且N上一定产生H2。3、某原电池的总反应离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+,不能实现该反应的原电池是()A、正极为Cu、负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液。B、正极为Cu、负极为Zn,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液。C、正极为Cu、负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液。D、正极为Ag、负极为Fe,电解质为CuSO4溶液。4、家用炒菜铁锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑,在此变化过程中不发生的化学反应是()A、4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓B、2Fe+H2O+O2=2Fe(OH)2C、2H2O+O2+4e=4OH-D、Fe-3e=Fe3+5、燃料电池是燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液是强碱溶液(如KOH),下面关于甲烷燃料电池的说法不正确的是()A、正极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-B、负极反应式为:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OC、随着放电进行,溶液的pH值不变。D、甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的大。6、下列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,在接触处易生铁锈。D、银质奖牌在空气中久置后表面变暗。7、已知空气-锌电池的电极反应为:锌片:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,石墨:O2+2H2O+4e-=4OH-据此判断,锌片是()A、负极,并被氧化。B、负极,并被还原C、正极,并被氧化。D、正极,并被还原。8、在被二氧化硫严重污染的空气环境中,钢铁的电化腐蚀明显加快,则此时正极的电极反应为A、2H++2e=H2↑B、4OH--4e=2H2O+O2↑C、2H2O+O2+4e=4OH-D、Fe-2e=Fe2+9、下列现象中,不是由于原电池反应造成的是()A、含杂质的锌与盐酸反应比纯锌与盐酸反应速率快。B、金属在潮湿的空气中易腐蚀。C、纯铁和盐酸反应,如滴入几滴硫酸铜溶液,则可加快反应速率。D、化工厂中的铁锅炉易腐蚀而损坏。【能力提升】10、生物体中细胞膜内的葡萄糖与细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型原电池,下列有关电极反应及产物的判断正确的是()A、负极反应可能是O2+4e-+2H2O→4OH-B、负极反应的产物主要是C6H12O6被氧化生成的CO32-、HCO3-、H2OC、正极反应可能是C6H12O6-24e-+24OH-→6CO2+18H2OD、正极反应的产物主要是葡萄糖生成的CO2、CO32-和H2O11、某学生在A、B、C、D四只小烧瓶中分别放入:干燥的细铁丝;浸过食盐水的细铁丝;浸过清水的细铁丝;食盐水及细铁丝,并使铁丝完全浸没在食盐水中。然后装配成如图所示的四套装置,每隔一段时间测量导管中水面上升的高度,结果如下表所示(表中所列数据为导管中水面上升的高度/cm)不同时间水面上升的高度(1)导管中水面为什么会上升。(2)上述实验中,铁生锈的速率由大到小的排列顺序为(填小烧瓶号):。(3)实验中的铁生锈属于电化学腐蚀的(填腐蚀类型)。12.下列事实不能用电化学理论解释的是______①轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块②镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用③铝片不用特殊方法保存④常温下铝跟稀硫酸快速反应,跟浓硫酸几乎不反应13.如下图所示,烧杯中都盛有稀硫酸。(1)中反应的离子方程式为,(2)中的电极反应:Fe:、Sn:Sn极附近溶液的pH(填增大、减小或不变),(3)中被腐蚀的金属是、其电极反应式为。比较(1)、(2)、(3)中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是[参考答案]第三节第一课时【基础达标】2.①负极:Fe→Fe2++2e-正极:2H++2e-→H2↑电池反应:Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑或Fe+2H+=Fe2++H2↑②负极:Cu→Cu2++2e-正极:2Ag++2e-→2Ag电池反应:Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag或Cu+2Ag+=Cu2++2Ag【能力提升】负极:Cu→Cu2++2e-AAAg或C5.正极:2Fe3++2e-→2Fe2+Cu电池反应:Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2FeCl3溶液或Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+【参考答案】第三节第二课时例1解析:a电极上发生反应:H2-2e-=2H+,是负极,b电极上发生反应:O2+2H2O+4e-=4OH-,是正极。氢氧燃料电池的能量效率较高,而且产物H2O是一种无污染物质,是一种具有应用前景的绿色电源。氢氧燃料电池通入H2、O2就能工作,无需将H2、O2储藏在电池内部。答案:B。例2解析:吸氧腐蚀是在极弱酸性或中性电解质溶液中,空气中的O2溶解在水膜里引起的钢铁腐蚀。负极反应:2Fe-e-=2Fe2+,正极反应:O2+4e-+2H2O=4OH-。答案:C。1、D;2、AC;3、BD;4、D;5、C;6、D;7、A;8、A;9、D;10、B;11、(1)铁生锈时与空气中O2反应,消耗了O2而使烧瓶中气体压强减小,(2)B>C>A=D(3)吸氧腐蚀。(2)Fe+2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑(3)21312.③④13.(1)Fe+2H+=Fe2++H2↑

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