第三单元 金属的腐蚀与防护教学设计第一课时

高三化学第一轮复习

——《原电池原理及其应用》

晋江第二中学 陈

芬

【考纲要求】 1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

【本课要求】

1. 能熟练应用原电池模型分析锂电池、燃料电池等化学电源工作原理。

2. 了解它们在生产生活中的应用及发展情况。

【核心素养】

1.变化观念与平衡思想:认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。

2.证据推理与模型认知:能利用典型的原电池装置,分析原电池原理,建立解答原电池问题的思维模型,并利用模型揭示其本质及规律。

3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识,能对与原电池有关的社会热点问题作出正确的价值判断。

【知识梳理】

1.概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是

。

2.构成条件

反应

能发生

的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应) 电极

一般是活泼性不同的两电极(金属或

) 闭合回路

形成需三个条件：①

;②两电极直接或间接接触；

③两电极插入电解质溶液中

3.工作原理

装置图

单液原电池

双液原电池

电极与电极反应

负极(_____片)：_________________ (______反应) 正极(_____片)：_________________ (______反应)

电子流向

离子迁移方向

电池反应方程式

两类装置的不同点

由_______片沿导线流向________片

阴离子向_______迁移；阳离子向______迁移

还原剂Zn与氧化剂Cu2+Zn与氧化剂Cu2+不直接接直接接触，既有化学能转触，仅有化学能转化为电化为电能，又有化学能转能，避免了能量损耗，故化为热能，造成能量损耗

电流稳定，持续时间长

4.原电池原理的四大应用

(1)比较金属活动性强弱

两种金属分别作原电池的两极时，一般作

极的金属比作

极的金属活泼。

(2)加快氧化还原反应的速率

一个

进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率

。例如：在Zn与稀H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

(3)设计制作化学电源

①必须是能自发进行且

的氧化还原反应。

②正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择

的金属作为

；

的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为

。

③电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果设计含有盐桥的原电池,则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的

，如在Cu--Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。

实例：根据Cu + 2 Ag+ Cu2+ + 2Ag设计原电池：

(4)用于金属的防护(牺牲阳极阴极保护法) 使被保护的金属制品作原电池

而得到保护。例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

【思考题】

问题一：写出钢铁腐蚀过程的总反应方程式

问题二：以上反应导致钢铁生锈而造成巨大经济损失，换个角度思考该反应是否有利用价值？举例说明（从物质变化和能量变化两方面考虑）。

问题三：请大家设计一套装置将上述反应的化学能转化为电能，画出装置图。该装置如何实现化学能和电能的转化？

问题四：上述金属—空气电池是一次性电池，不可再充电，放电完全后只能更换负极板。美国佛罗里达州设计的一款电动汽车，电源就用铝做负极，更换一次负极板可以行使1600公里。为什么用铝-空气电池而不用铁-空气电池？

问题五：目前锂电池因为比容量高而受到广泛应用，如果负极更换其它非金属材料，电池的比容量有没有继续提高的可能？举例说明。

【课堂练习】

练习1：金属（M）–空气电池（如下图），该类电池放电的总反应方程式为：

4M + nO2 + 2nH2O = 4M(OH) n。下列说法不正确的是（ ） A、

采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液

的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面

n+B、该电池工作时M移向正极 C、 M–空气电池放电过程的正极反应式：

4Mn+ + nO2 + 2nH2O + 4ne– = 4M(OH)n D、在Mg–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，

宜采用中性电解质及阳离子交换膜

练习2：锂—空气电池的放电原理如图（隔膜只允许锂离子通过），电池放电时的

反应可表示为：4Li + O2 + 2H2O = 4LiOH。

下列有关说法正确的是（ ）

A、负极反应式为O2 + 4e— + 2H2O = 4OH— B、放电时，内电路中Li+移向正极 C、锂常用于制作电池主要是因其化学性质活泼

D、若去掉隔膜和有机电解液，电池反应不会改变

练习3：写出甲烷燃料电池在不同环境下的电极反应式和总反应式。

（1）酸性电解质溶液

总反应：

负极：

正极：

（2）碱性电解质溶液

总反应：

负极：

正极：

（3）固体电解质（高温下传导O2—）

总反应：

负极：

正极：

（4）熔融碳酸盐电解质

总反应：

负极：

正极：

练习4：乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电，电池总反应为：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O，电池示意如图。下列说法中，正确的是（ ）

A、电池工作时，H+向电池的负极迁移

B、电池工作时，电流由a极沿导线流向b极

C、a极上发生的电极反应是：

C2H5OH + 3H2O + 12e－ = 2CO2 + 12H＋

D、b极上发生的电极反应是：4H+ + O2 + 4e－ = 2H2O 练习5：我国知名企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次电池，

其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其它材料电池。电池总反应为

V2O5 + XLi LiXV2O5。下列说法中正确的是（ ）

A、电池在放电时，Li+向负极移动 B、锂在放电时做正极，充电是做阳极

C、该电池放电时正极的反应为V2O5 + XLi+ + Xe— = LiXV2O5 D、V2O5只是锂发生反应的载体，不参与电池反应