电化学-原电池原理、化学电源、金属防腐

长葛三高李新朵长泾中学殷冬伟原电池效应的发现1780年，意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下，以铜制的解剖刀碰触到置于铁盘內的青蛙，发现其立刻产生抽搐现象，因而认为有微电流流过，他主张是生物本身內在的自发电流。被认为是提出了原电池的雏形。Zn-Cu原电池工作原理现象:电流计指针发生偏转,Cu片上产生气泡,Zn片变小.Zn-Cu原电池工作原理ZnCu电极类型电极反应类型电极反应式电池反应式电子流向电流流向溶液pH值变化H+移动方向负极正极氧化反应还原反应Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn流向Cu(外部)Cu流向Zn(外部)逐渐变大Zn移向Cu—负极移向正极(内部)化学能转化为电能发生氧化还原反应二.原电池工作原理一.原电池定义较活泼的金属失去电子发生氧化反应，电子从较活泼金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极）。实验探究形成原电池的条件形成条件一：

活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等第一组实验实验探究形成原电池的条件第二组实验形成条件二：有电解质溶液；实验探究形成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路第三组实验三.简单原电池的构成条件1.活泼性不同的两个电极2.有电解质溶液(一般负极能与之反应)3.工作时形成闭合回路负极:较活泼的金属正极:较不活泼的金属、石墨等——一定是氧化还原反应例1.发生原电池的反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反应是（）A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g);△H>0B.Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(1)+2NH3·H2O(1)+8H2O(1)；△H>0C.CaC2(s)+2H2O(1)→Ca(OH)2(s)+C2H2(g);△H<0D.CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(1);△H<0D四.原电池应用——化学电源1、锌-锰干电池(一次电池)负极（锌筒）：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2

正极（石墨）：2H2O+2MnO2+2e—=2MnO(OH)+2OH-总反应：Zn+2H2O+2MnO2=Zn(OH)2+MnO(OH)

2、铅蓄电池负极Pb：Pb+SO42--2e-=PbSO4正极PbO2：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O放电充电若为充电,无需更换电极:负——负,正——正阴阳例2.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH下列叙述不正确的是A．放电时负极反应为：Zn—2e-+2OH-=Zn(OH)2B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3-3e-+5OH-=FeO42-+4H2OC．放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极附近溶液的碱性增强放电充电3、燃料电池氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。(一般以KOH为电解质溶液)负极H2：2H2+4OH--4e-=4H2O正极O2：O2+2H2O

+4e-=4OH-总反应：O2+2H2

=2H2O例3.（1）今有2H2＋O2=2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是

，正极通的应是

，电极反应式为：负极：

，正极：

。（2）若把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电池反应式为：负极：

，正极：

。（1）和（2）的电解质不同，反应进行后，其溶液的pH各有什么变化？（3）若把H2改为CH4,用KOH作电解质,则电极反应式为:负极：

，正极：

。例4.．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O2－）在其间通过，该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A．有O2参加反应的a极为电池的负极B．b极的电极反应为：H2-2e-+O2-=H2OC．a极的电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池的总反应式为：2H2+O22H2OBD例5、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽然使用方便，却受到价格和来源的限制。常用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、汽油等。请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式：

，此时电池内总的反应式：

。

KOH溶液CH4O2H2OabCH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O例6、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的熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在6500℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:负极反应式:

,正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32-总电池反应式:.2CO+2CO32--4e-=4CO22CO+O2=2CO2钮扣电池：不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液，已知电池内Zn的氧化产物为ZnO.3、银-锌电池负极：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O

+2e-=2Ag+2OH-总反应：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag5、海水电池（电解质溶液为海水）负极：4Al-12e—=4Al3+，正极：3O2+6H2O+12e—=12OH—总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)36、锂电池（非水有机溶剂电解液）负极：2Li-2e—=2Li+，正极：I2+2e—=2I—，总反应：2Li+I2=2LiI跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。例7.市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启用之前用塑料袋密封使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量的铁锈存在，请回答下列问题：（1）热敷袋使用时，为什么会放出热量？（2）碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？（3）试写出有关的电极反应式和化学方程式。（1）利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。（2）碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。（3）负极：2Fe-4e-===2Fe2+，正极：O2+2H2O+4e-=4OH-，总反应方程式是：4Fe+3O2+6H2O===4Fe(OH)3原电池电极反应式的书写注意事项：（1）负-失-氧,正-得-还。（2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边添加H+、OH—、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。（3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。小结化学腐蚀电化腐蚀条件金属跟非金属单质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，电化腐蚀更普遍金属的腐蚀

金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。金属的腐蚀及其防护⑴化学腐蚀与电化腐蚀⑵析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（pH＜4.3）水膜酸性很弱或中性电极反应负极正极总反应式O2+2H2O+4e-=4OH—2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2Fe-2e—=Fe2+（3）金属防护的几种重要方法①改变金属内部的组织结构，制成合金。②在金属表面覆盖保护层。③电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解