一、 知识点
(一) 原电池的工作原理及应用
1、 原电池:把化学能转化为电能的装置。
(1) 原电池的形成条件:①能自发进行的氧化还原反应;②两个活泼性不同的电极;
③电解质溶液或者熔融状态的离子化合物。
(2) 原电池的两极:①负极:活动性较强的金属,失去电子,发生氧化反应;②正极:
活动性较弱的金属或能导电的非金属,发生还原反应。
(3) 原电池的电子流向:
负极提供电子e-,电子沿导线传递到正极-e外电路正极阳离子向正极移动负极负极不断溶解 外电路:负极提供电子,电子从负极沿导线流向正极(电流方向是电子流向的反方向); 内电路:负极不断溶解进入电解质溶液,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。
2、 原电池正负极的判断:
(1)根据电极材料判断:活泼性较强的金属为负极,活泼性较弱的或者非金属为正极。 (2)根据电子或者电流的流动方向:电子流向:负极→正极;电流方向:正极→负极。 (3)根据电极变化判断:氧化反应→负极; 还原反应→正极。
(4)根据现象判断:电极溶解→负极; 电极重量增加或者有气泡生成→正极。 (5)根据电解液内离子移动的方向判断:阴离子→移向负极;阳离子→移向正极。 注意事项:金属的活泼性受所处的环境影响。例如:①Mg与Al连接后,放入盐酸中,Mg是负极,Al是正极;放入NaOH溶液中,Al是负极,Mg是正极。②Fe、Cu相连,浸入稀HNO3中,Fe是负极,Cu是正极;浸入浓HNO3中,Cu是负极(Fe钝化),Fe是正极。
3、 金属的腐蚀与防护:
(1)吸氧腐蚀与析氢腐蚀
电化腐蚀类型 条件 负极反应 正极反应 腐蚀作用
(2)化学腐蚀与电化学腐蚀 一般条件 反应过程 化学腐蚀 金属直接和强氧化剂接触 氧化还原反应,不形成原电池。 1
电解质溶液内电路吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 2Fe-4e-==2Fe2+ O2 + 4e- + 2H2O == 4OH- 是主要的腐蚀类型,具有广泛性 析氢腐蚀 水膜酸性较强 Fe-2e-==Fe2+ 2H+ + 2e-==H2↑ 发生在某些局部区域内 电化腐蚀 不纯金属,表面潮湿 因原电池反应而腐蚀 有无电流 反应速率 结果 无电流产生 电化腐蚀>化学腐蚀 使金属腐蚀 有电流产生 使较活泼的金属腐蚀 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但是电化学腐蚀要比化学腐蚀更为普遍,而且电化学腐蚀的速率更快,危害更为严重。 (3)金属的防护
①防止化学腐蚀:在金属表面覆盖油漆、或者形成致密的氧化膜等保护层,隔绝氧化剂;。 ②防止电化学腐蚀:利用原电池原理,使被保护的金属作为正极,然后与之相连的活泼金属作为负极。例如:要保护一个钢铁桥梁,可以将其与一个锌块相连,使锌作为原电池的负极。
③改变金属的内部结构,增强抗腐蚀的能力。例如:不锈钢 4、 原电池电极反应式的书写方法:
较简单一极复杂电极=总反应式-电极反应式反应式
(1) 酸性锌锰电池
以锌筒作为负极,并经汞齐化处理,使表面性质更为均匀,以减少锌的腐蚀,提高电池的储藏性能,正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。
负极: Zn + 2NH4Cl - 2e Zn(NH3)2Cl2 + 2H
+ -正极: 2MnO2 + 2H+ 2e 2MnOOH
总反应: 2MnO2 + Zn + 2NH4Cl 2MnOOH + Zn(NH3)2Cl2
(2) 碱性锌锰电池:负极Zn,正极MnO2,电解质KOH
-+ 负极:Zn+2OH-2e=Zn(OH)2
2
--
正极:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+ 2OH-
总反应:Zn+ 2MnO2+2H2O-=2MnOOH+ Zn(OH)2
说明:MnOOH 氢氧化氧锰
(3) 锌银电池(纽扣式微型电池)
负极:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
正极:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+ 2OH-
总反应:Zn+ Ag2O + H2O-= Zn(OH)2 + 2Ag
(4) 锂电池:锂、石墨、固态碘作电解质
I2作正极:
负极: 2Li-2e- = 2Li+
正极: I2 +2e- = 2I- 总反应式:2Li + I2 = 2LiI
MnO2 做正极时:
负极: 2Li-2e- = 2Li+
正极:MnO2+e- = MnO2 -
总反应式:Li +MnO2= Li MnO2
(5) 铅蓄电池:正极板上覆盖PbO2,负极板上覆盖Pb,电解质是H2SO4溶液。
A.放电反应 负极: Pb-2e+ SO4 = PbSO4 原电池
正极: PbO2 +2e-+4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O
B.充电反应 阴极:PbSO4 +2e-= Pb+ SO42- 电解池 阳极:PbSO4 -2e- + 2H2O = PbO2 +4H+ + SO42-
-2-
总式:Pb + PbO2 + 2H2SO4
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放电充电
2PbSO4 + 2H2O
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(6) 其他原电池举例。
课堂练习题
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