【2012优化方案 精品课件】苏教版 化学 选修6专题5课题1　原电池（共56张PPT）

(共56张PPT)
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
自主学习
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
CO2、
SO2、O2
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)①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。②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(10 cm×3 cm)和一块铜片(10 cm×3 cm)之间放一块海绵，用棉线或橡皮筋固定好。用导线把小灯泡(2.5 V　0.3 A)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___________________ _____________________。
铜片上有气体放出，
灯泡出现短时间发光
(2)一段时间后，向烧杯中加入1～2 g重铬酸钾晶体(或高锰酸钾晶体，或5～10 mL 6% 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2～3 min后，立即投入到冷水中，反复操作3～5次，目的是________________________。
灯泡又开始发光，亮度
增大且持续时间较长
使碳棒表面变得粗糙多孔
(2)将经过灼烧的两根碳棒插入2 mol·L－1 KNO3溶液中，并与6 V直流电源连接(如图中Ⅰ所示)，电解约20 s，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Ⅱ所示)，观察到的现象为_______________ ________________，说明装置中产生电流。
音乐集成电路
产生动听的音乐
3．金属的电化学腐蚀
(1)析氢腐蚀
取两根3～5 cm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3 mL 0.1 mol·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1～2 min，观察到的现象为___________。
溶液变红色
自主体验
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(　　)
①铝合金是阳极　②铝合金是负极　③海水是电解液　④铝合金电极发生还原反应
A．②③ B．②④
C．①③ D．①④
解析：选A。较活泼的铝合金为负极(②对)，Pt?Fe合金网为正极，海水是电解液(③对)，负极上发生氧化反应(④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
两种原电池的工作原理
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
电流产生情况 电极表面
变化情况 温度变化情况 能量变化情况
左上图装置 有电流产生 锌片质量减小，同时锌片上有红色物质析出，铜片质量增加 溶液温度升高 化学能转化为电能、热能
右上图装置 有电流产生 锌片质量减小，铜片上有红色物质析出，铜片质量增加 溶液温度不变 化学能转化为电能
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。
例1
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－===Ag　Cu－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(　　)
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极
②正极反应为Ag＋＋e－===Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④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．①② B．②③
C．②④ D．③④
解析：选C。①Cu为负极，电子由Cu电极流向Ag电极；③取出盐桥，电池不能形成闭合回路，不能继续工作。
燃料电池
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。
例2
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2 mol电子生成1 mol水，因此电路中通过a mol电子时，理论上可以生成9a g水蒸气。
金属的电化学腐蚀
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
①金属本性
金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。
②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
①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。
②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。
③活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。
④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298 K ,308 K，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：
例3
实验编号 T/K 试管内取用液体 实验目的
① 298 食盐水 (Ⅰ)实验①和②探究不同电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响；
(Ⅱ)实验①和____探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响；
(Ⅲ)实验①和____探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响。
②
③
④
(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(Ⅰ)可知，①和②实验的不同之处为电解质溶液，故其实验温度应相同，即②亦为298 K，②取用的电解质溶液为碳酸水；由(Ⅱ)可知①和另外一组(可为③)实验探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响，故③中试管内取用液体与①相同，而温度不同，应为308 K；由(Ⅲ)可知④实验中试管内取用液体应为非电解质(即植物油)，温度与①相同，为298 K。(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
实验编号 T/K 试管内取用液体 实验目的
① (Ⅱ)③
(Ⅲ)④
② 298 碳酸水
③ 308 食盐水
④ 298 植物油
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．NaOH　　　　　　 b．Zn
c．Fe d．NH3·H2O
例
(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2 mol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1 mol MnO2需转移2 mol电子，故每通过2 mol电子，理论上生成1 mol MnO2，质量为87 g。
【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
知能优化训练
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