2019-2020年高中化學 （大綱版）第二冊 第四章 幾種重要的金屬 第四節(jié)原電池原理及其應用(備課資料).doc

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2019-2020年高中化學 （大綱版）第二冊 第四章 幾種重要的金屬 第四節(jié)原電池原理及其應用(備課資料) 備課資料 一、活潑金一一定作原電池負極嗎? 在原電池中，相對活潑金屬作負極，相對不活潑金屬作正極。這里的“相對活潑金屬”僅指金屬活動性順序表中位置靠前的金屬嗎?不是!這里的金屬活潑性還要考查電解質(zhì)溶液的影響。 例如：在酸性溶液中鎂比鋁要活潑。但在燒堿溶液中鋁要比鎂活潑：2Al+2H2O+2NaOH====2NaAlO2+3H2↑，在堿性溶液中Al比Mg易于失去電子。實驗證明，在Mg—Al—H2SO4形成的原電池中Mg為負極；當往該電池的電解質(zhì)溶液中加入過量的NaOH時，電流立即反向,這說明在Al—Mg—NaOH形成的原電池中，Mg作正極。 因此，我們在引導學生判斷原電池的正、負極時，既要看金屬活動性順序。也莫忘多留意一下電解質(zhì)溶液是什么。具體問題具體分析。以免學生誤判。 ——《中學化學》作者：文繼明 二、淺析形成原電池的三個條件 電化學是電解質(zhì)一章的難點，近年的高考卷中連續(xù)涉及這方面的內(nèi)容，要使學生全面掌握原電池的知識．必須滲透原電池形成的三個條件：(1)活潑性不同的兩個電極，(2)電解質(zhì)溶液；(3)兩電極浸入電解質(zhì)溶液后起反應。只要分析清這三個方面的問題．原電池的難點就會自然消失。 1．電極問題 兩個電極的選擇是原電池能否成功構成的先決條件，教科書中的鋅銅電池和電化學腐蝕不是金屬本身參加反應的電極就是石墨電極，以致學生看到燃料電池之類就束手無策，其實電極很多，常見的電極有四類： (1)金屬一金屬離子電極 此種電極結構最簡單，只要將金屬棒插入含有該種金屬鹽的溶液中即成。即教科書所講的只要插入與其反應的電解質(zhì)溶液中就形成電極。電極反應式一般為： M－ne－→Mn+,表示Mn+/M (2)氣體電極 顧名思義，此種電極必含氣態(tài)物質(zhì)，燃料電池中的氫電極和氧電極就屬這類。電極中的導體材料通常選用鉑或石墨，將氣流沖擊到這些物質(zhì)上即形成電極。例如，氫電極就是將氫氣流沖擊到鉑片上，并將鉑片浸入含有H’的溶液中構成，電極反應為： H2→2H++2e一，表示成Pt／H2／H+ (3)金屬一微溶鹽電極 這種電極比較復雜，是金屬棒上覆蓋一層該金屬的微溶鹽或氧化物，再把它浸入含有該鹽同負離子的溶液或堿溶液中。如1994年高考卷中的銀鋅電池的負極是OH一／ZnO，Zn，正極是OH一／Ag2O，Ag就屬于這類電極。 (4)氧化還原電極 將鉑(或石墨)插入含有同一元素兩種價態(tài)的離子溶液中，例如。要同學設計Fe+2Fe3+===3Fe2+的原電池時正極是Fe2+，F(xiàn)e3+／C就是這類電極。 2．原電池中的電解質(zhì) 教科書中涉及原電池的電解質(zhì)都是其中的陽離子(或溶在電解質(zhì)中的分子)在正極放電，如鋅銅電池正極反應Cu2++2e一→Cu。在銅鐵吸氧腐蝕中是O2+4e一+2H2O→4OH一 等。這樣就易造成若電解質(zhì)本身不能得失電子就不能構成原電池的錯覺。其實大部分電池中 的電解質(zhì)在充放電時是沒有得失電子的，只是起著內(nèi)電路導電功能和調(diào)節(jié)離子濃度的作用。 如何讓學生根據(jù)電池反應來選擇電池的電解質(zhì)呢?對于簡單不可逆電池的電解質(zhì)只要能 與負極起氧化還原反應就行。例如，銅鋅電池的電解質(zhì)可選擇CuSO4等可溶性銅鹽即可。對 于復雜些的可逆電池，金屬微溶鹽類電極則選擇含有與該鹽相同負離子的溶液，如鉛蓄電池選 硫酸，其他電池一般選擇含有氧化產(chǎn)物或還原產(chǎn)物離子的電解質(zhì)。 總之，要讓學生明白電解質(zhì)本身沒有直接參加得失電子的原電池是存在的。 3．原電池的反應 如何明確發(fā)生怎樣的原電池反應：首先要讓學生明白根據(jù)氧化還原反應組裝的原電池，只不過是把原來氧化劑還原劑直接交換電子變成間接地交換電子，得失電子的還是原來的氧化劑和還原劑。這就是寫電池反應、電極反應的關鍵。如Zn／CuS04／Cu本質(zhì)的反應還是： Zn+CuSO4===== Cu+ZnSO4 據(jù)此學生就不難寫出兩極反應為： 負極 Zn一2e一→Zn2+ 正極Cu2++2e一→Cu 兩極相加與原來相符就對。 三、鋼鐵的“腐蝕”與“生銹” “腐蝕”與“生銹”是兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的化學概念，但學生往往易把二者混用?，F(xiàn)就鋼鐵的“腐蝕”與“生銹”舉例談一下二者的關系。 當鋼鐵發(fā)生化學腐蝕時，即Fe與O2直接起緩慢氧化而發(fā)生腐蝕時，腐蝕處即生銹處。 當鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，鋼鐵的腐蝕就不是生銹處了，比如浸在水里的鐵柱與水面接觸的部 位比在水下的部位易生銹，而在水下的部位容易作負極而不斷溶解，即水下的部分腐蝕最 嚴重。 負極：Fe一2e一====Fe2+ 正極：H2O+O2+2e一====2OH一 可見。在正極附近的水中OH一濃度增大，而在水中()z的溶解量越多，則正極附近產(chǎn)生的OH一濃度越大，因此與水面接觸的部位附近因O2的溶解量大，成為原電池的正極，而在下面的部位成為負極，在原電池反應中電子流動的方向如圖所示。Fe在水面下被氧化成Fe2+進入溶液并向正極移動，與正極附近產(chǎn)生的OH一結合，生成Fe(OH)2，進而生成Fe(OH)3。Fe2++2OH一====Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3↓ 最后生成Fe2O3Nh2O(鐵銹的主要成分)?？梢?，鐵銹最容易在正極附近形成t即最容易在水面接觸的部位形成，不難看出，在水下的部分容易作負極而不斷發(fā)生電化學腐蝕而被“溶解”掉。 由此可見，鋼鐵的“腐蝕”與“生銹”在不同的過程中有著不同的意義，二者不能相提并論。 ——《中學化學》作者：丁峰山 綜合能力訓練 1．一種新型燃料電池，是以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中。然后分別向兩極通乙烷和氧氣，其電極反應式為：C2H6+180H一一14e一=====2CO+12H2O，7H2O+O2+14e一====140H一，有關此電池的推斷正確的是 ( ) A．電解質(zhì)溶液中CO；一向正極移動 B．放電一段時間后，KOH物質(zhì)的量濃度不變 C．通乙烷的電極為負極 D．參加反應的O2和C2 H6的物質(zhì)的量之比為7：l 答案：C 2．(1)今有2H2+O2 2H2O反應，構成燃料電池，則負極通的應是 ，正極通的應是 ，電極反應式為 ， 。 (2)如把KOH改為稀H2SO4作電解質(zhì)，則電極反應式為 。(1)和(2)的電池液不同，反應進行后，溶液的pH各有何變化? (3)如把H2改為CH4、KOH作導電物質(zhì)，則電極反應式為 答案：(1)H2 O2 負極：2H2+4OH一一4e一=====4H2O 正極：O2+2H2O4+4e一一4OH一 (2)負極：2H2—4e一====4H+ 正極：O2+4e一+4H+=====2H2O前變小，后變大 (3)負極：CH4+10OH一一8e一====CO+7H2O 正極：2O2+4H2O+8e一=====80H一 充電 放電 3．鎳一鎘(Ni—Cd)可充電電池可以發(fā)生如下反應：Cd(OH)2+2Ni(OH)2 ===== Cd+2NiO(OH)+2H2O。由此可見,該電池的負極材料是 ( ) A．Cd B．NiO(OH) C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2 答案：A