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  [组图]化学能转化为电能——电池教案         ★★★ 【字体:
化学能转化为电能——电池教案
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:5729    更新时间:2012-10-14    

  第3节 化学能转化为电能——电池

  知识与技能:通过对铜锌原电池的分析,了解原电池的工作原理,根据电流的方向判断原电池的正极和负极的方法,以及电池反应的概念;通过学习、了解常见化学电池的种类及其工作原理,认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用;

  通过分析铜-铁接触处形成原电池的例子,理解金属腐蚀的电化学原理以及防护的原理。

  过程与方法:通过原电池装置的设计实验,培养学生动手、动脑的能力,以及分析、处理实验数据的能力;通过交流讨论,训练学生的思维能力,培养学生获取分析处理、归纳信息的能力。

  情感态度与价值观:通过学习,使学生从能量的角度比较深刻的了解化学学科学对人类的贡献,从而赞赏化学的作用。

  教学重点:原电池的工作原理,写出简单的电极反应及电池反应,金属腐蚀的电化学原理以及据此而设计的防护原理。

  教学难点:原电池的工作原理,金属发生吸氧腐蚀的电化学原理。

  课时安排:共五课时

  教学过程:

  第一课时

  【联想质疑】通过电解可以将化学能转化为电能,而通过原电池可以将化学能转化为电能。那么原电池是怎样将化学能转化为电能的呢?原电池的工作原理与电解的原理有什么异同呢?

  电池的重要性不言而喻,交通工具,人造卫星,平时我们用的手电等都需要。下面我们就以典型的原电池为例讨论电池——化学电源的工作原理。

  【板书】第3节 化学能转化为电能——电池

  【活动探究1】

  将锌粉加入CuSO4溶液中,测量温度的变化,分析能量变化情况。

  【现象】锌片溶解,表面产生了一层红色的固体物质,溶液颜色变浅,温度升高。

  【分析】发生的反应为:Zn + Cu2+ === Zn2+ + Cu

  在这个反应中,锌失电子,直接给了与它接触的铜离子。该反应失将化学能转化为了热能。

  【过渡】那么,我们能不能把这个反应的化学能转化为电能呢?下面我们来探究一下。

  【活动探究2】

  注意分析溶液中的阴阳离子的移向问题

  如果锌粉加入CuSO4溶液的反应是放热反应,试设计试验将反应释放的能量转化为电能。

  【现象】(1)电流表指针发生偏转;

  (2)锌片溶解,其表面出现一层红色的固体物质;

  (3) CuSO4溶液颜色变浅;

  (4)铜表面也出现一层红色的固体物质;

  (5)溶液温度略有升高。

  【分析】(1)(2)说明Zn失去电子变成Zn2+,故在锌片上发生的反应为:

  Zn→Zn2+ + 2e- (氧化反应)

  (3)(4)说明溶液中的Cu2+在铜片上得到电子变成Cu,故在铜片上发生的反应为:

  Cu2+ + 2e- →Cu (还原反应)

  (1)(2)(3)(4)说明化学能转化为电能

  【板书】一、原电池的工作原理

  1、原电池:通过氧化还原反应,将化学能转化为电能的装置。

  【分析】(2)(5)说明了锌片不纯有少量的Cu2+直接在Zn的表面得到电子被还原,故有少量的化学能转化为热量释放出来。

  【提问】大家看看这个原电池,它由几个部分组成?

  【学生】回答。

  【总结并板书】 2、原电池的构成:

  (1)自发的氧化还原反应

  (2)两个活泼性不同的电极

  金属与金属金属与非金属金属与金属化合物惰性电极

  (3)电解质溶液或熔融液

  (4)闭合电路

  【提问】大家都知道,电池由正负极,那么如何判断电池的正负极呢?

  【交流讨论】学生交流,讨论

  【师生总结并板书】3、正负极的判断

  (1)负极:

  发生氧化反应的电极

  失去电子的电极,电流的流入极

  较活泼的电极

  阴离子移向负极

  常见溶解的电极

  (2)正极:

  发生还原反应的电极

  得到电子的电极,电流的流出极

  较不活泼的电极

  阳离子移向负极

  常见由气泡冒出或由金属析出的电极

  【观察思考】P21的双液原电池

  【现象】锌片溶解,铜片表面有红色的固体物质析出,铜片质量增加。

  【分析】外电路:电子流向和得失电子的情况。

  内电路:离子移动的方向

  【板书】4、原电池的电路

  (1)外电路:电子流动的电路(负极到正极)

  (2)内电路:离子移动的电路(阳离子:负极到正极;阴离子:正极到负极)

  【比较】双液原电池比单液原电池的优点(由现象的比较到本质的比较):

  (1)有利于最大程度的将能量转化为电能。

  (2)可以获得单纯的电极反应,便于分析电极过程。

  【过渡】接下来我们来看看原电池的电极方程式和总方程式的书写。书写方程式一般有两种情况。

  【板书】5、原电池的电极方程式和总方程式的书写

  (1)没给总方程式

  【举例】

  【板书】①判断正负极(根据定义(主要依据)或金属的活泼性)

  ②写出电解反应式(注意生成的新离子能不能稳定存在电解质溶液中,若不能,在写反应式时应写出最稳定的物质)

  ③写出总方程式(电子守恒)

  【练习】将镁片和铝片用导线相连,分别同时插入H2SO4和NaOH溶液中,写出两池中的电极反应式和电池反应式。

  【解答】①Mg—Al—稀H2SO4原电池:

  负极(Mg):Mg = Mg2+ + 2e- (氧化反应)

  正极(Al):2H+ + 2e-= H2↑(还原反应)

  电池反应:Mg + 2H+ = Mg2+ + H2

  ②Al—Mg—NaOH原电池:

  负极(Al):2Al+8OH-=2[Al(OH)4]-+4H2O+6e-(氧化反应)

  正极(Mg):6H2O+6e-=3H2↑+6OH-(还原反应)

  电池反应:2Al+2OH-+2H2O=2[Al(OH)4]-+3H2

  【板书】(2)给出总方程式

  【举例】甲烷燃料电池:CH4 + O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O

  【板书】①判断正负极(把总反应式拆成氧化反应和还原反应)

  ②写出电解反应式(注意生成的新离子能不能稳定存在电解质溶液中,若不能,在写反应式时应写出最稳定的物质)

  ③两式加,验总式

  注意:若只能写出较简单一极反应式,在遵循电子守恒的条件下,可将总反应式减去阳极反应式,即得另一极反应式

  【解答】正极好写:4H2O + 2O2 + 8e- → 8OH-

  负极:CH4 + 10OH- → CO32- + 7H2O + 8e- (总—正)

  说明碱液的作用:消除CO2对CH4吸收的影响。

  重点强调:电解质溶液有时候也会参与电极的反应

  【小结】小结本节课的内容。

  【作业】P31 1

  第二课时

  【复习提问】1、什么是原电池?构成原电池要有哪些条件?

  2、熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在1500℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:

  阴极反应式: O2 + 2CO2 + 4e- → 2CO32-

  阳极反应式:______________________;

  总电池反应式: ______________________。

  【引入新课】根据原电池工作的原理制成能够实际应用的原电池就是化学电源。常见的化学电源可以分为以下几类。

  【板书】二、化学电源  

  (一)分类①一次电池②二次电池(可充电电池,放电时——原电池反应,充电时——电解池反应)③燃料电池

  【教师】下面我们来看看几种比较重要的化学电源,看看它们工作时所发生的反应。

  【板书】(二)几种重要的电池

  【阅读】指导学生阅读课本P23——P25。

  【讲解并板书】

  1、锌锰干电池

  (1)酸性锌锰干电池

  A、结构:负极为包裹电解质氯化铵和氯化锌的锌壳、正极为石墨电极

  B、反应原理

  负极:Zn → Zn2+ + 2e- 正极:2NH4+ + 2e- → 2NH3 + H2

  总方程式:Zn + 2NH4Cl = ZnCl2 + 2NH3 + H2

  C、缺点:新电池会发生自放电而使存放时间缩短、放电后电压下降较快等。

  (2)碱性锌锰干电池

  A、优点:克服了酸性锌锰干电池的缺点

  B、结构:负极为锌粉、正极为石墨,正负极混在电解质中

  C、反应原理:

  负极:Zn + 2OH- →ZnO +H2O + 2e-

  正极:MnO2 +2H2O + 2e- →Mn(OH)2+2OH-

  总方程式:Zn + MnO2 +2H2O = ZnO + Mn(OH)2

  【过渡】碱性锌锰干电池的制作工艺要求高,使用不太普及,使用比较普及的还是可充电电池——铅蓄电池。下面我们来看看铅蓄电池的结构和工作原理

  【板书】

  【讲解】铅蓄电池是有很多个这样的电池串联而成的。Pb作负极,PbO2作正极。

  【板书】2、铅蓄电池

  放电时:

  负极:Pb + SO42- → PbSO4 + 2e-

  正极:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- → PbSO4 + 2H2O

  总方程式:Pb + PbO2 + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O

  【教师】充电时与放电时的反应正好相反,充电的目的要是在电池负极产生的PbSO4变成Pb,正极产生的PbSO4变成PbO2。由PbSO4变成Pb,Pb的化合价降低,要得到电子,接在电源的负极,由PbSO4变成PbO2,Pb的化合价升高,要失去到电子,接在电源的正极,示意图如下:

  【板书】充电时:

  阴极(电池的负极):PbSO4 + 2e- → Pb + SO42-

  阳极(电池的正极):PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H + SO42- + 2e-

  总方程式:2PbSO4 + 2H2O === Pb + PbO2 + 2H2SO4

  【教师】综合起来的反应,看书上P24和P25。这种电池还有一个缺点,就是太重了,单位重量电极材料释放的电能小。下面我们看看一种新型的燃料电池。

  【板书】3、燃料电池

  (1)结构:

  (2)常见的燃料电池 注意:电解质溶液对反应的影响

  A、氢氧燃料电池

  碱性电解液:

  正极:2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e- 负极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

  酸性电解液:

  正极:2H2 → 4H+ + 4e- 负极:O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

  中性电解液:

  正极:2H2 → 4H+ + 4e- 负极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

  B、乙醇燃料电池(类似甲烷燃料电池)

  【课堂练习】

  1、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是:1/2H2+NiO(OH)=Ni(OH)2 根据此反应式判断下列叙述中正确的是( )

  A.电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大

  B.电池放电时,镍元素被氧化

  C.电池充电时,氢元素被还原

  D.电池放电时,H2是负极

  2、某可充电的锂离子电池以LiMn2O2为正极,嵌入锂的碳材料为负极,含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为:Li+ LiMn2O4= Li2Mn2O4 。下列说法正确的是( )

  A.放电时, LiMn2O4发生氧化反应

  B.放电时,正极反应为: Li++ LiMn2O4+e-= Li2Mn2O4

  C.充电时, LiMn2O4发生氧化反应

  D.充电时,阳极反应为: Li++ e-= Li

  3、如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子。电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。下列说法中正确的是( )

  A.左边的电极为电池的负极,a处通入的是甲醇

  B.右边的电极为电池的负极,b处通入的是空气

  C.电池负极的反应式为:

  CH3OH + H2O →CO2+ 6H+ + 6e-

  D.电池的正极反应式为:O2+2H2O+4e-→4OH-

  【作业】P31 2 P33 8

  第三课时

  【复习提问】1、1909年爱迪生发明了镍铁碱性电池,其化学反应原理如下: Fe+NiO2+2H2O=Fe(OH)2+Ni(OH)2 ,请判断负极和正极,电解质溶液是什么?尝试写出电极反应。

  (-)Fe+2OH-→Fe(OH)2 +2e-      (+)NiO2+2e-+2H2O→Ni(OH)2 + 2OH-

  2、有人设计出利用CH4和O2的反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧,则下列说法正确的是( )

  ①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-

  ②负极上CH4失去电子,电极反应式:CH4+10OH-→CO32-+7H2O +8e-

  ③负极上是O2获得电子,电极反应式为:O2+2H2O+4e-→4OH-

  ④电池放电后,溶液PH不断升高

  A.①② B.①③ C.①④ D.③④

  【引入新课】由于金属腐蚀而造成的损失非常严重,全世界每年都有大量的金属设备和金属材料都因腐蚀而报废,而由于材料腐蚀造成的事故损失则更为惨重。所以研究金属的腐蚀和防护的意义是不言而喻的。这节课我们就来看看这方面的内容。

  【板书】三、金属的腐蚀与防护

  【投影】金属的腐蚀照片。

  【学生】预习P27第2段。

  【板书】(一)金属腐蚀

  1、定义:金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。

  2、分类: 化学腐蚀

  电化学腐蚀

  3、本质:金属失去电子被氧化成金属阳离子的过程。

  【教师】化学腐蚀的例子在生活中也可以见到,比如:铜在高温下被空气中氧气氧化而变黑;轧钢时火红的钢锭表面脱落;做饭用的铁锅天长日久越用越薄等。

  【过渡】但是比较严重的还是金属因电化学作用而遭到的电化学腐蚀,下面同学们看看电化学腐蚀的原理。

  【学生】预习P27到P28倒数第2段。

  【教师】电化学腐蚀根据电解质溶液的酸碱性,一般分为两种腐蚀。首先我们看看第1种情况。

  【板书】(二)金属电化学腐蚀的原理

  1、吸氧腐蚀

  (1)条件:弱酸性或中性或碱性(PH>4.3)

  (2)原理:(—)2Fe →2Fe2+ + 4e-     (+ )O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

  总:2Fe + O2 + 2H2O = 2Fe(OH)2(白色不溶物)

  4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4Fe(OH)3   (红棕色不溶物)  2Fe(OH)3 = Fe2O3•nH2O (铁锈)+ (3—n)H2O  

  【提问】如果水膜的酸性比较强,是不是还会发生吸氧腐蚀呢?下面我们来看看这种情况。

  【板书】2、析氢腐蚀

  (1)条件:较强的酸性(PH<4.3)

  (2)原理:(—)Fe →Fe2+ + 2e- (+ )2H+ +2e- → H2

  【强调】如何判断是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀呢?最主要的还是看电解质溶液的酸碱性。要抓住这一点,切记!

  【提问】那么电化学腐蚀与化学腐蚀有什么不同呢?大家思考一下。

  【投影】

 

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属跟周围物质(气体或溶液)直接接触

 

不纯金属或合金跟电解质溶液接触

现象

无电流产生

有微弱电流产生

本质

金属被氧化

较活泼金属被氧化 

联系

两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍

  【教师】下面我们来看看金属的防护,金属防护的原理主要还是依据金属腐蚀的原理。叫做“据腐蚀,来防护”呀!

  【学生】预习P29—P30。

  【教师】我们在日常生活中也可以看到很多金属防护的例子。比如:自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上一层既耐腐蚀又耐磨的Cr,不锈钢不容易生锈;衣架和电线的外面包上一层塑料层,某些工具的“机械转动部位”选用油脂来防锈,为什么不能用油;那么这些属于什么防护措施呢?漆

  【学生】回答。

  【板书】(三)金属的防护措施

  1、改变金属的内部结构,使金属性质改变,成为合金。

  2、在金属表面覆盖一层保护层

  【提问】在港口,我们经常看到轮船靠船底的外壳处镶嵌着比较多的白色金属锌,那么这些锌是作什么用途呢?

  【学生】防止钢材腐蚀。

  【教师】对,它属于电化学保护法。

  【板书】3、电化学保护法,即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。

  【教师】讲解原理(以锌铜硫酸铜,用锌铜电极电解硫酸铜为例)。

  【板书】(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理

  (2)外加电流的阴极保护法——电解原理

  (3)外加电源在金属表面形成保护膜

  【教师】防腐措施的效果由好到差的顺序如下:

  【板书】外接电源的阴极保护法﹥牺牲阳极的阴极保护法﹥有一般防腐条件的腐蚀﹥无防腐条件的腐蚀

  【练习】下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是___________

  【小结】小结本节课的内容。

  【作业】P32 4、5 P33 7

  (第四课时)

  【题1】一种燃料电池中发生的化学反应为:在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是(     )

  A.CH3OH(g)+O2(g)===H2O(l)+CO2(g)+2H+(aq)+2e-

  B.O2(g)+4H+(aq)+4e-===2H2O(l)

  C.CH3OH(g)+H2O(l) ===CO2(g)+6H+(aq)+6e--

  D.O2(g)+2H2O(l)+4e-===4OH-

  【解析】本题主要抓住甲醇与氧气的反应,从中先判断出哪种物质失电子,哪种物质得电子,进而依据“正得还,负失氧”确定出正负极。此反应不难发现是甲醇中的碳元素失电子升价,氧气中的氧元素得电子降价,故负极发生的是甲醇失电子的反应,正极发生的是氧气得电子的反应。因此选C。

  【题2】如右图所示,如果电流计偏转,a变粗,b变细,符合这一情况的是(     )

  A. a是锌,b是铜c是硫酸溶液

  B. a是铁,b是银,c是硝酸银溶液

  C. a是银,b是铁,c是硝酸银溶液

  D. a是铁,b是碳,c是氯化铜溶液

  【解析】“a变粗,b变细”可知a电极上有金属析出,b电极上电极材料溶解,从而确定在此电解质溶液中,b电极所用的材料比a电极所用的材料活泼。而且电解质溶液也应该是较不活泼金属所对应的盐。因此选C。

  【题3】原电池的正极一定是(     )

  A.化学性质较活泼的金属 B.化学性质较不活泼的金属

  C.电子流出极 D.电子流入极

  【解析】本题考查正极的判断方法:1.电流流出,电子流入极;2.发生还原反应;3.化学性质较不活泼的金属或惰性电极;4.阳离子移向负极;5.常见有气泡冒出或有金属析出的电极。

  【题4】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,发生能够氧化反应

  C.原电池两极均发生氧化还原反应

  D.原电池中的阳离子向正极移动

  【解析】把化学能转化为电能的装置是原电池,A错。原电池中电子从负极流出流入正极,负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应,B、C错。在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,故D正确。

  【题5】下列各反应中,属于原电池反应的是(     )

  A.氧化铝膜被破坏后,金属铝被迅速氧化

  B.白铁镀锌层破坏后,还能阻止铁被氧化

  C.红热的铁与水接触表面上形成蓝黑色的保护层

  D.铁与稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液可使反应加快

  【解析】A只是铝的氧化反应。B中白铁是镀锌的铁板,Zn比Fe活泼,在构成原电池时,Zn做负极,失去电子,阻止Fe进一步被氧化。C也只是铁与水发生氧化还原反应,直接生成Fe3O4,不属于原电池反应。D中Fe会置换出铜单质,覆盖在铁表面上,相互接触构成原电池。故B、D构成原电池了。

  【题6】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(A)

  A.X是负极,电解质溶液为CuSO4溶液 B.X是负极,电解质溶液为H2SO4溶液C.X是正极,电解质溶液为CuSO4溶液 D. X是正极,电解质溶液为H2SO4溶液

  【解析】Y电极质量增加是由于析出金属的原因,故Y极为正极,且溶液中必须有不活泼金属的离子。

  【题7】埋在地下的输油铸铁管道,在下列各种情况下,被腐蚀速度最慢的是(     )

  A.在含铁元素较多的酸性土壤中 B.在潮湿疏松透气的土壤中

  C.在干燥致密不透气的土壤中 D.在含碳粒较多、潮湿透气的土壤中

  【解析】A易发生析氢腐蚀,B易发生吸氧腐蚀,D易发生原电池反应,从而都加快了腐蚀的速度。

  【题8】为了探究金属腐蚀的条件和快慢,某课外学习小组用不同的细金属丝将四根大小相同的普通铁钉分别固定在如下图所示的四个装置内,并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间,下列对实验结果的描述正确的是(A)

  A.实验结束时,铁钉d几乎没有被腐蚀

  B.实验结束时,装置1、2、3左侧的液面会下降

  C.装置3中铜丝表面的电极反应为: 4OH-==O2↑+2H2O+4e-

  D.实验结束时,铁钉a腐蚀最严重

  【解析】装置4中由于浓硫酸的存在而使铁钉处在一个干燥的环境中,当然几乎没有被腐蚀,A正确。装置1、2中铁钉处在酸性环境中发生“析氢腐蚀”,致使左侧液面下降;但在装置3中铁钉处在碱性环境中而发生“吸氧腐蚀”,致使左侧液面上升,B错误。装置3中铜丝表面应该是氧气得电子,是“吸氧”而不是“析氧”,C错误。装置1、2相比,2形成了Cu—Fe原电池,腐蚀速率应该较快,D错误。

  【题9】镍镉可充电电池可以发生如下反应:

  Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O

  由此可知,该电池的负极材料是(A)

  A.Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2

  【解析】根据原电池原理,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,原电池的放电是原电池对外做功,而充电则是电解反应,故该反应的逆反应为原电池反应,Cd为负极,NiO(OH)为正极。

  【题10】下列关于金属腐蚀的说法不正确的是(     )

  A.金属在潮湿空气中的腐蚀实质是:M+nH2O==M(OH)n+n/2H2

  B.金属的化学腐蚀的实质是M→Mn++ne-

  C.金属的电化学腐蚀不一定在酸性条件下进行

  D.在潮湿的中性环境中,金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀

  【解析】金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀,其实质都是金属失去电子被氧化的过程。

  【题11】家用炒菜锅用水清洗放置后,出现红棕色的锈斑。在此变化过程中不可能发生的化学反应是(    )

  A.4Fe(OH)2+2H2O+O2==4Fe(OH)3 B.2Fe+2H2O+O2==2Fe(OH)2

  C.正极反应:2H2O+O2+4e-→4OH- D.负极反应:Fe→Fe3++3e-

  【解析】炒菜锅出现红棕色锈斑的过程可分为两个阶段;第一阶段是铁的吸氧腐蚀;第二阶段是Fe(OH)2被氧化最终生成铁锈的过程。铁在发生原电池负极反应时电极反应为Fe==Fe2++2e-,而不能直接生成Fe3+

  【题12】下列事实不能用原电池原理解释的是(  )

  A.轮船吃水线以下的船壳上装有一定数量的锌块 B.铝片不用特殊方法保存

  C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后反应速率加快

  D.镀锌铁比镀锡铁更耐用

  【解析】A选项是通过构成锌铁原电池,在船壳上加锌块构成原电池负极,从而保护船体不被腐蚀。B选项是靠氧化膜保护铝。C选项中发生Zn置换Cu的反应,从而构成Zn--Cu原电池加快反应速率,D项分别为锌铁原电池和锡铁原电池,前者Zn为负极,后者Fe为负极,所以镀锌铁更耐用。

  【题13】我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3,下列说法不正确的是(B)

  A.正极反应式为:2H2O+O2+4e-→4OH-

  B.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极

  C.以网状的铂为正极,可增大与氧气的接触面积

  D.该电池通常只需要更换铝板就可继续使用

  【解析】从总反应中可知,Al失去电子,O2得到电子,负极反应式为4Al―12e-→4Al3+,正极反应式为6H2O+3O2+12e-→12OH-。工作时,电子由负极(铝电极)流向正极(铂电极),电流方向与之相反。

  【题14】据报道,锌电池也可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染。其电池反应为:2Zn+O2==2ZnO,原料为锌粒、电解质溶液和空气。下列叙述中正确的是(   )

  A.锌为正极,空气进入负极反应 B.负极反应为Zn→Zn2++2e-

  C.正极发生氧化反应 D.电解质溶液肯定不是强酸溶液

  【解析】由电极总反应可知,Zn为负极,O2在正极上发生还原反应,故A、C错,B对。由于Zn可与强酸反应,在电池不构成闭合回路时,Zn极不能参加反应可知,电解质溶液肯定不是强酸溶液,D正确。

  (第五课时)

  【题1】电子表所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应是:Zn+2OH-==ZnO+H2O+2e- Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-

  总反应式为:Zn+ Ag2O==2Ag+ ZnO,下列判断正确的是(BD)

  A.锌为正极,Ag2O为负极 B.锌为负极,Ag2O为正极

  C.原电池工作时,正极区溶液pH减小 D. 原电池工作时,正极区溶液pH增大

  【解析】根据电极反应判断正负极,A、B选项中,B正确。根据电极反应可看出负极消耗OH-,pH减小,正极生成OH-,pH增大,C、D选项中,D正确。

  【题2】镍镉可充电电池,电极材料是Cd和NiO(OH),电解质是KOH,放电时的电极反应式是:Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e- 2NiO(OH)+2H2O+2e-→2Ni(OH)2 +2OH-

  下列说法不正确的是(    )

  A.电池的总反应式是:Cd+2NiO(OH)+2H2O == 2Ni(OH)2+Cd(OH)2

  B.电池充电时,镉元素被还原

  C.电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大

  D.电池充电时,电池的负极和电源的正极连接

  【解析】本题已给出了电极反应式,两式相加即得总反应,A正确。电极充电时,Cd元素化合价降低,即Cd元素被还原,B正确。放电时,由于负极消耗OH-,因而负极周围溶液的pH不断减小,C错误。电池充电时,电池的负极(发生氧化反应)应与电源的负极相连(发生还原反应),故D错误。

  【题3】在100mLH2SO4、CuSO4的混合液中,用石墨做电极电解,两极均收集到2.24L气体(标准状况),则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为(A)

  A.1 mol •L-1    B.2 mol •L-1    C.3 mol •L-1    D.4 mol •L-1

  【解析】根据电极反应式:

  阳极 4 OH-→2H2O+O2↑+ 4e-

  22.4L 4mol

  2.24L 0.4mol

  阴极 Cu2++ 2e-→Cu  2H++ 2e-→H2

  1mol 2mol 2mol 22.4L

  n(Cu2+) 2 n(Cu2+) 0.2mol 2.24L

  根据两极电子转移数相等:2 n(Cu2+)+0.2mol=0.4mol

  n(Cu2+)=0.1mol c(Cu2+)=0.1mol/0.1L=1 mol •L-1

  【题4】氢氧燃料电池是将H2和O2分别通入电池,穿过浸入20%~40%的KOH溶液的多孔碳电极,其电极反应式为:2H2+4OH-→4H2O+4e-

  2H2O+O2+4e-→4OH- 则下列叙述正确的是(   )

  A.通H2的一极是正极,通O2的一极是负极

  B.通O2的一极是正极,通H2的一极是负极

  C.工作一段时间后电解质溶液的pH增大

  D工作时负极区附近pH增大.

  【解析】根据电池总反应可知:H2在负极上发生氧化反应,由于在碱性条件下,所以氢原子失电子后又与OH-反应生成水,其电极反应为2H2+4OH-→4H2O+4e-,负极区OH-浓度降低。O2在正极上发生还原反应,氧原子得电子,生成-2价的氧,只能以OH-形式存在,所以其电极反应为2H2O+O2+4e-→4OH-,正极区OH-浓度增大。

  【题5】已知电解饱和食盐水可制得Cl2,又已知铅蓄电池放电时发生如下反应:

  正极:PbO2 + 4H+ + SO42— + 2e- → PbSO4 + 2H2O

  负极:Pb + SO42— → PbSO4 + 2e-

  现拟用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制氯气0.05mol,电池内H2SO4的消耗量至少是(    )

  A.0.025mol B.0.05mol C.0.10mol D.0.20mol

  【解析】欲求H2SO4的量,需找出铅蓄电池的总反应,将电极反应式合并得:

  Pb + PbO2+2H2SO4== 2PbSO4 + 2H2O,而制Cl2时,每生成1mol Cl2,电子转移2mol,现需电子0.05mol 2=0.1mol,由铅蓄电池反应可知每转移0.1mol电子,将消耗0.1mol H2SO4

  【题6】若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu+2H+==Cu2++H2↑,则下列关于该装置的有关说法正确的是(   )

  A.该装置可能是原电池,也可能是电解池

  B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为HNO3溶液

  C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极

  D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸

  【解析】从反应方程式可知该反应不是可自发发生的氧化还原反应,所以可确定该装置不可能是原电池。

  【题7】LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。电池反应为:FePO4+Li LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池的说法正确的是(   )

  A.可加入硫酸以提高电解质的导电性  B.放电时电池内部Li+向负极移动

  C.充电过程中,电池正极材料的质量减少

  D.放电时电池正极反应为:FePO4+ Li++e-== LiFePO4

  【解析】加入硫酸将会消耗Li,从而破坏了电池反应,使电池更容易损耗。放电时电池内部是阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。充电过程中,肯定是使原来生成的材料重新分解,所以正极材料应该减少。放电过程是LiFePO4的分解,根据正得还可知正极反应为FePO4得电子的反应,而且会生成LiFePO4

  【题8】如下图所示,试管中放一铁钉,溶液为NaCl溶液,数天后观察到的现象是___________。说明铁钉发生了___________腐蚀,其中正极的电极反应式___________。溶液中发生反应的化学方程式为___________。

  【解析】铁钉、氯化钠溶液、空气组合在一起发生了铁的吸氧腐蚀,生成氢氧化亚铁,继续被空气中氧气氧化生成氢氧化铁,最终氢氧化铁分解生成铁锈,另由于空气中O2减少,左边导管水柱上升。

  【题9】有甲、乙两位学生想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,两人均使用镁片与铝片做电极,但甲将电极放入 6mol•L-1 H2SO4溶液中,乙将电极放入6mol•L-1 NaOH的溶液中,如图所示。(1)写出甲池中正极的电极反应式:__________。

  (2)乙池中负极的电极反应式为__________。

  (3)由此实验可得到的结论是__________。(填选项)

  A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质

  B.镁的金属性不一定比铝的金属性强

  C.该实验说明金属活动顺序已过时,已没有实用价值

  D.该实验说明化学研究对象复杂,反应受条件影响较大,因此应具体问题具体分析

  (4)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种说法__________(选填“可靠”或“不可靠”。)如不可靠,请你提出另一个判断原电池正负极的可行的实验方案____________________(如认为“可靠”,次空可不填)。

  【解析】解答本类题目时,应首先从原电池是建立自发的氧化还原反应基础上,所以先写出两个原电池中的电池反应,分别是Mg+2H+===Mg2++H2

  2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑这样在书写电极反应式时也就注意了负极反应的产物及电解质溶液的成分。而作为判断正、负极的方法也是结合物理学知识,从电子流出的一极为负极。甲池中:根据金属活动顺序及电解质溶液为稀酸,故Mg>Al,所以Mg作负极。

  【题10】选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成反应:

  2FeCl3+Cu==2FeCl2+CuCl2 (1)画出装置图。(2)电极材料和电解质溶液各是什么?(3)写出电极反应式 。

  【解析】设计原电池,第一要确定化学反应是能自发进行的氧化还原反应;第二是将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式);第三是根据原电池构成的条件确定原电池的正、负极和电解质溶液。本题的化学反应符合设计要求,该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应:

  氧化反应(负极反应):Cu→Cu2++2e-

  还原反应(正极反应):2Fe3++2e-→2Fe2+

  结合原电池构成的条件而确定负极材料为铜,正极材料可用石墨,电解质溶液为FeCl3溶液。

  【题11】科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径,美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。回答下列问题:

  (1)这种电池放电时发生的化学反应方程式是___________。

  (2)此电池的正极发生的电极反应式是___________,负极发生的电极反应式是___________。

  (3)电解液中的H+向____极移动,向外电路释放电子的电极是____。

  (4)比起直接燃烧燃料产生电力,使用燃料电池有许多优点,其中主要有两点:首先是燃料电池的能量转化效率高,其次是___________。

  【解析】先确定甲醇燃料电池的总反应,再分析反应式中从化合价变化确定哪些元素得失电子,再根据“正得还,负失氧”得出O元素从0价变为-2价,在溶液中-2价的氧离子不稳定,会与溶液中物质结合生成稳定的物质,所以与H+结合生成水。总反应方程式:2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O。正极:3O2+12H++12e-→6H2O;负极为总反应方程式减去正极反应式:故有2CH3OH+2H2O→2CO2+12H++12e-。在电解液中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。能量转化率高,而且无污染。

  【题12】(1)宇宙飞船上的氢氧燃料电池,其电极反应为:

  2H2+4OH-→4H2O +4e- 2H2O+O2+4e-→4OH-

  正极发生的是_____反应(填“氧化”或“还原”),总反应方程式是__________。

  (2)燃料电池在发电的同时还合成了水,这正好解决了宇航员在太空中饮水的问题。若电池输出的电流强度为533A,则每个小时合成多少克水?

  【解析】本题是物理与化学综合考查的题目,要清楚一个电子所带的电量及电量与电流强度、时间的关系。首先由所给的电极反应式中依据“正得还,负失氧”以及总反应方程式为正极反应式加上负极反应式,完成第一小题。第二小题则需要利用每个电子所含的电量,Q=It=n(e-)NAe,再根据燃烧后生成水的反应中可知n(H2O)=n(e-)。


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