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2013苏教版选修六5.1《原电池》

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2013 苏教版 选修
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课题课题 1 原电电池 学习习目标标 1 通过过原电电池实验实验 加深对对原电电池工作原理的 认识认识 2 通过过制作氢氢氧燃料电电池 了解燃料电电池的工 作原理 3 能用实验实验 的方法证证明钢铁钢铁 的析氢氢腐蚀蚀和吸氧 腐蚀蚀的发发生 并能用化学知识识加以解释释 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 自主学习习 1 原电电池 铜锌铜锌 原电电池 如图图所示 也称为为 丹尼尔电电池 这这种电电池用金属 锌锌和铜铜作电电极 锌电锌电 极放入 溶液中 铜电铜电 极放入 溶液中 两个电电解质质 溶液之间间用盐桥连盐桥连 接起来 两 个电电极用导线连导线连 接起来 并串 联联 ZnSO4 CuSO4 一个电电流计计以便观观察电电流的产产生和方向 在该该原 电电池中 电电流从铜电铜电 极流向锌电锌电 极 即电电子由锌锌 电电极流向铜电铜电 极 电电子流出的电电极叫 极 电电子流入的电电极叫 极 电电极反应为应为 负负极 正极 电电池反应应 因此 会出现锌现锌 片质质量 铜铜片上有红红色物 质质析出 质质量增加 通过电过电 流计计指针变针变 化的现现 象 判断有 产产生 负负 正 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu Zn Cu2 Zn2 Cu 减小 电电流 2 燃料电电池 燃料电电池是将燃料与氧化剂发剂发 生氧化还还原反应应 时时的 能转转化为为 能的装置 燃料电电池 广泛用于航天事业业 氢氢氧燃料电电池的电电极反应应如 下 负负极 正极 电电池反应应 化学电电 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 O2 2H2O 3 电电化学腐蚀蚀 金属的电电化学腐蚀蚀是由于发发生 反应应而引 起的 例如 在潮湿的空气中 金属表面吸附了 一层层水膜 这层这层 水膜中又溶解有少量 等气体 结结果在金属表面形成了一薄 层电层电 解质质溶液 钢铁钢铁 是铁铁和碳的合金 它可以与 表面的一层电层电 解质质溶液形成很多微小的原电电池 在此原电电池中 铁铁作为为 极 碳作为为 极 若钢铁钢铁 表面形成的溶液呈酸性 则则H 在正极获获得 电电子变为变为 H2 负负极的Fe失去电电子成为为Fe2 进进入水 膜 发发生 腐蚀蚀 其电电极反应为应为 原电电池 CO2 SO2 O2 负负正 析氢氢 负负极 正极 电电池反应应 若钢铁钢铁 表面形成一层层中性或偏碱性的电电解质质溶 液 则则溶解在水中的氧气将在正极获获得电电子 发发 生 腐蚀蚀 其电电极反应为应为 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 Fe 2H Fe2 H2 吸氧 负负极 正极 电电池反应应 Fe OH 2可进进一步氧化成Fe OH 3 反应应的化学 方程式 Fe OH 3又可失水变变成铁锈铁锈 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 钢铁钢铁 在空气中很容易被腐蚀蚀 而纯铁纯铁 却有较较强 的抗蚀蚀性 为为什么 2 怎样样利用电电化学原理来防止金属的腐蚀蚀 提示 1 金属的腐蚀蚀是以电电化学腐蚀为蚀为 主的 钢铁钢铁 都是铁铁的合金 其中含有一定量的碳 在潮 湿的空气中 形成许许多微小的原电电池 加快了铁铁的 腐蚀蚀 而纯铁纯铁 在空气中不发发生原电电池反应应 仅仅有 化学腐蚀蚀 非常缓缓慢 故纯铁纯铁 有较较强的抗蚀蚀性 2 可在被保护护的金属上连连接一更活泼泼的金属 如 在轮轮船壳体上连连接锌锌板 也可用外接电电源 将直 流电电源的负负极接在被保护护的金属上 防止金属被氧 化 二 实验实验 步骤骤 1 原电电池实验实验 1 在一块锌块锌 片 10 cm 3 cm 和一 块铜块铜 片 10 cm 3 cm 之间间放一块块 海绵绵 用棉线线或橡皮筋固定好 用导线导线 把小灯泡 2 5 V 0 3 A 和 锌锌片 铜铜片连连接起来 插入盛有 稀硫酸的烧烧杯中 如图图所示 观观 察到的现现象为为 铜铜片上有气体放出 灯泡出现现短时间发时间发 光 2 一段时间时间 后 向烧烧杯中加入1 2 g重铬铬酸钾钾晶 体 或高锰锰酸钾钾晶体 或5 10 mL 6 H2O2溶液 振荡荡 观观察到的现现象为为 3 改用Zn C Al Cu为电为电 极材料 分别别与稀硫 酸组组合成原电电池 按照上述实验实验 装置和操作方法 进进行实验实验 会观观察到类类似的实验现实验现 象 2 制作氢氢氧燃料电电池 1 把两根碳棒放在酒精喷喷灯 或煤气灯 火焰上灼 烧烧2 3 min后 立即投入到冷水中 反复操作3 5次 目的是 灯泡又开始发发光 亮度 增大且持续时间较长续时间较长 使碳棒表面变变得粗糙多孔 2 将经过经过 灼烧烧的两根碳棒插入2 mol L 1 KNO3溶液中 并与6 V 直流电电源连连接 如图图中 所示 电电解约约20 s 使两电电极的碳棒上 吸附较较多的气泡 3 切断电电池 在两电电极之间间接上 音乐乐集成电电路 原来连连接直流电电源 正极的碳棒应该应该 与音乐乐集成电电路 的正极相连连接 如图图中 所示 观观察到的现现象为为 说说明装置中 产产生电电流 音乐乐集成电电路 产产生动动听的音乐乐 3 金属的电电化学腐蚀蚀 1 析氢氢腐蚀蚀 取两根3 5 cm长长的铁钉铁钉 用稀盐盐酸除去铁锈铁锈 在其中一根铁钉铁钉 上疏散地绕绕几圈光亮的细铜丝细铜丝 使铜丝铜丝 与铁钉紧铁钉紧 密接触 把上述两根铁钉铁钉 分别别放入两支试试管中 各加入3 mL 0 1 mol L 1盐盐酸和2滴K3 Fe CN 6 铁氰铁氰 化钾钾 溶液 观观察到 上产产生的气泡多 周围围先出现蓝现蓝 色沉淀 Fe2 能 与 Fe CN 6 3 反应应生成蓝蓝色沉淀 绕绕有铜丝铜丝 的铁钉铁钉 绕绕有铜丝铜丝 的铁钉铁钉 2 吸氧腐蚀蚀 取一片铁铁片 用砂纸纸擦去铁锈铁锈 在铁铁片上滴1滴含酚酞酞的食盐盐 水 如图图所示 静置1 2 min 观观察到的现现象为为 溶液变红变红 色 自主体验验 1 铜铜片和锌锌片用导线连导线连 接后插入稀H2SO4中 锌锌片是 A 阴极 B 正极 C 阳极 D 负负极 解析 选选D 原电电池的两极分别别命名为为正 负负极 铜铜片和锌锌片用导线连导线连 接后插入稀H2SO4中形成 了原电电池 其中锌锌失去电电子作原电电池的负负极 2 茫茫黑夜中 航标标灯为为航海员员指明了方向 航 标标灯的电电源必须长须长 效 稳稳定 我国科技工作者研 制出以铝铝合金 Pt Fe合金网为电为电 极材料的海水 电电池 在这这种电电池中 铝铝合金是阳极 铝铝合金是负负极 海水是电电 解液 铝铝合金电电极发发生还还原反应应 A B C D 解析 选选A 较较活泼泼的铝铝合金为负为负 极 对对 Pt Fe合金网为为正极 海水是电电解液 对对 负负极 上发发生氧化反应应 错错 解析 选选B 二次电电池 即可充电电电电 池 所以A 项对项对 在铜锌铜锌 原电电池中 活泼泼金属Zn是负负极 负负极失电电子发发生氧化反应应 因此电电子的流向是由 负负极 锌电锌电 极 流向正极 铜电铜电 极 B项错项错 课堂互动讲练 两种原电电池的工作原理 下列是我们们常见见的两种原电电池装置 将它们们 进进行比较较 1 实验现实验现 象 电电流产产 生情况 电电极表面 变变化情况 温度变变 化情况 能量变变化 情况 左上 图图装 置 有电电流 产产生 锌锌片质质量减小 同时锌时锌 片上有红红 色物质质析出 铜铜 片质质量增加 溶液温 度升高 化学能转转 化为电为电 能 热热能 右上 图图装 置 有电电流 产产生 锌锌片质质量减小 铜铜片上有红红色物 质质析出 铜铜片质质 量增加 溶液温 度不变变 化学能转转 化为电为电 能 2 实验实验 分析 1 对对于左上图图装置 Zn片 Zn 2e Zn2 Cu片 Cu2 2e Cu 同时时在Zn片上 Zn可直接与CuSO4溶液反应应 生成Cu与ZnSO4 因此该该装置中既有化学能转转化 为电为电 能 同时时也有化学能转转化为热为热 能 2 对对于右上图图所示原电电池 使用盐桥盐桥 避免了 Zn与CuSO4溶液的直接反应应 电电极名称及电电极反 应应 锌锌片 负负极 Zn 2e Zn2 氧化反应应 铜铜片 正极 Cu2 2e Cu 还还原反应应 总总化学方程式 Zn CuSO4 Cu ZnSO4 当有盐桥盐桥 存在时时 在ZnSO4溶液中 Zn片逐渐渐 溶解 即Zn被氧化 锌锌原子失去电电子 形成Zn2 进 进入溶液 从锌锌片上释释放出的电电子 经过导经过导 线线流向铜铜片 CuSO4溶液中的Cu2 从铜铜片上得 到电电子 还还原成为为金属铜铜并沉积积在铜铜片上 随 着反应应的进进行 左边烧边烧 杯中溶液c Zn2 增大 右边烧边烧 杯中c Cu2 减小 此时时 盐桥盐桥 中的Cl 会移向ZnSO4溶液 K 移向CuSO4溶液 使 ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电电中性 氧化还还 原反应应得以继续进继续进 行 从而使原电电池不断地产产 生电电流 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 例例1 1 请请回答下列问题问题 1 电电极X的材料是 电电解质质溶液Y是 2 银电银电 极为电为电 池的 极 发发生的电电极反 应为应为 X电电极上 发发生的电电极反应为应为 3 外电电路中的电电子是从 电电极流向 电电 极 解析 根据所给给氧化还还原反应应方程式 结结合原电电池反应应原理以及所给给原电电池装置 Cu应应作负负极 AgNO3溶液为电为电 解质质溶液 从 而推知 1 电电极X的材料为铜为铜 电电解质质溶液Y是AgNO3 溶液 2 银为银为 原电电池的正极 发发生的电电极反应为应为 Ag e Ag X电 电极上发发生的电电极反应为应为 Cu 2e Cu2 3 外电电路中的电电子从X Cu 电电极流向银银 Ag 电电 极 答案 1 铜铜 AgNO3溶液 2 正 Ag e Ag Cu 2e Cu2 3 X Cu 银银 Ag 变变式训练训练 1 2011年绍兴绍兴 高二检测检测 用铜铜片 银银片 Cu NO3 2溶液 AgNO3溶液 导线导线 和盐桥盐桥 装有 琼琼脂 KNO 3的U形管 构成一个原电 电池 以下有关该该 原电电池的叙述正确的是 在外电电路中 电电流由铜电铜电 极流向银电银电 极 正极反应为应为 Ag e Ag 实验过实验过 程中取出盐桥盐桥 原电电池仍继续继续 工作 将铜铜片浸入AgNO3溶液中发发生的化学反应应与该该原 电电池反应应相同 A B C D 解析 选选C Cu为负为负 极 电电子由Cu电电极流向 Ag电电极 取出盐桥盐桥 电电池不能形成闭闭合回路 不能继续继续 工作 燃料电电池 1 制作氢氢氧燃料电电池 2 燃料电电池电电极反应应方程式的书书写 1 燃料电电池的电电极不参与反应应 有很强的催化 活性 起导电导电 作用 2 燃料电电池在负负极上发发生氧化反应应的是燃料 如 H2 CH4 CH3OH等 在正极上参与反应应的是 空气或氧气 电电解质质溶液一般是KOH溶液 3 书书写电电极反应应方程式时时 酸性条件下可用H 和H2O配平 碱性条件下可用OH 和H2O配平 例例2 2 解析 选选AB 放电时电时 负负极氢氢气失去电电子被氧 化产产生的H 与碳酸根离子结结合生成二氧化碳 碳 酸根离子将向负负极移动动 正极氧气得到电电子被还还 原生成氢氢氧根离子 氢氢氧根离子与二氧化碳结结合 生成碳酸根离子 反应应的实质实质 是2H2 O2 2H2O 每转转移2 mol电电子生成1 mol水 因此 电电路中通过过a mol电电子时时 理论论上可以生成9a g水 蒸气 金属的电电化学腐蚀蚀 1 类类型 2 影响金属腐蚀蚀的因素及腐蚀蚀快慢规规律 1 影响金属腐蚀蚀的因素 金属本性 金属越活泼泼 就越容易失去电电子而被腐蚀蚀 介质质 介质对质对 金属腐蚀蚀的影响也很大 如果金属在潮 湿的空气中 接触腐蚀蚀性气体或电电解质质溶液 都容易被腐蚀蚀 2 判断金属腐蚀蚀快慢的规规律 电电解原理引起的腐蚀蚀 原电电池原理引起的腐蚀蚀 化学腐蚀蚀 有防护护措施的腐蚀蚀 对对同一种金属来说说 腐蚀蚀的快慢 强电电解质质溶 液 弱电电解质质溶液 非电电解质质溶液 活泼泼性不同的两金属 活泼泼性差别别越大 腐蚀蚀 越快 对对同一种电电解质质溶液来说说 电电解质质溶液浓浓度 越大 腐蚀蚀越快 某探究小组组用铁钉铁钉 被腐蚀蚀的快慢实验实验 来 研究防止钢铁钢铁 腐蚀蚀的方法 所用试剂试剂 有 材质质 相同的无锈铁钉锈铁钉 数个 食盐盐水 碳酸水 植物 油各多量 实验实验 温度为为298 K 308 K 每次实实 验验取用铁钉铁钉 的数量相同 液体体积积相同且足量 用大小相同的试试管实验实验 1 请请完成以下实验设计实验设计 表 并在实验实验 目的一 栏栏中填出对应对应 的实验编实验编 号 例例3 3 实验实验 编编号 T K 试试管内 取用液 体 实验实验 目的 298食盐盐水 实验实验 和 探究不同 电电解质质溶液对铁钉对铁钉 腐蚀蚀 快慢的影响 实验实验 和 探究温 度对铁钉对铁钉 腐蚀蚀快慢的影响 实验实验 和 探究铁铁 钉钉是否接触电电解质质溶液对对 铁钉铁钉 腐蚀蚀快慢的影响 2 请请根据上述实验实验 和金属腐蚀蚀原理 判断下列 有关钢铁钢铁 制品防腐蚀蚀的说说法正确的是 填字母 A 在铁门铁门 铁铁窗表面涂上油漆 B 自行车车各部件因有防护护涂层层或电镀电镀 等防腐措 施 所以不需要停放在有遮雨的地方 C 家用铁铁制厨具每次用完后应应擦干放置在干燥 处处 D 把挡挡水铁闸门铁闸门 与直流电电源的正极连连接且构成 回路 可减小铁闸门铁闸门 被腐蚀蚀的速率 思路点拨拨 解答本题题要注意以下两点 1 比较实验应较实验应 只有一个条件不同 其他条件相 同 进进行对对比 2 结结合金属腐蚀蚀的原理和条件判断防腐蚀蚀措施 的正误误 解析 1 根据实验实验 目的 可知 和 实实 验验的不同之处为电处为电 解质质溶液 故其实验实验 温度应应相 同 即 亦为为298 K 取用的电电解质质溶液为为碳酸 水 由 可知 和另外一组组 可为为 实验实验 探究温 度对铁钉对铁钉 腐蚀蚀快慢的影响 故 中试试管内取用液 体与 相同 而温度不同 应为应为 308 K 由 可 知 实验实验 中试试管内取用液体应为应为 非电电解质质 即植物 油 温度与 相同 为为298 K 2 根据实验实验 钢钢 铁铁制品防腐蚀蚀可涂油漆 电镀电镀 等保护层护层 并保持 干燥以防止电电化学腐蚀蚀 故A C正确 B错误错误 D项挡项挡 水铁闸门铁闸门 若与直流电电源的正极连连接构成回 路 则则Fe作阳极腐蚀蚀加快 不会被保护护 D错误错误 答案 1 2 AC 实验编实验编 号T K 试试管内取用液 体 实验实验 目的 298碳酸水 308食盐盐水 298植物油 变变式训练训练 3 如图图装置中 U形管内为红为红 墨水 a b试试管内分别别盛有食盐盐水和氯氯化铵铵溶液 各加入生铁块铁块 放置一段时间时间 下列有关描 述错误错误 的是 A 生铁块铁块 中的碳是原电电池的正极 B 红红墨水柱两边边的液面变为变为 左低右高 C 两试试管中相同的电电极反应应式是 Fe 2e Fe2 D a试试管中发发生了吸氧腐蚀蚀 b试试管中发发生了 析氢氢腐蚀蚀 解析 选选B 粗看装置虽虽感到陌生 但仔细细分析 得知该实验该实验 是吸氧腐蚀蚀与析氢氢腐蚀蚀的简单综简单综 合 a试试管内盛装食盐盐水 溶液呈中性 发发生的是 吸氧腐蚀蚀 负负极反应应式为为Fe 2e Fe2 正 极反应应式为为O2 2H2O 4e 4OH 显显然a装 置内气体的物质质的量减少 压压强减小 b试试管内 盛装氯氯化铵铵溶液 溶液呈酸性 发发生的是析氢氢腐 蚀蚀 负负极反应应式为为Fe 2e Fe2 正极反应应 式为为2H 2e H2 气体的物质质的量增加 压压强增大 综综上分析选项选项 B错错 探究整合应用 Zn MnO2干电电池应应用广泛 其电电解质质溶 液是ZnCl2 NH4Cl 混合溶液 1 该电该电 池的负负极材料是 电电池工作时时 电电子流向 填 正极 或 负负极 2 若ZnCl2 NH4Cl混合溶液中含有杂质杂质 Cu2 会 加速某电电极的腐蚀蚀 其主要原因是 欲除去Cu2 最好选选用下列试剂试剂 中的 填 代号 a NaOH b Zn c Fe d NH3 H2O 例例 3 MnO2的生产产方法之一是以石墨为电为电 极 电电 解酸化的MnSO4溶液 阴极的电电极反应应式是 若电电解电电路中通过过2 mol电电子 MnO2的理论产论产 量为为 g 解析 1 原电电池的负负极是发发生氧化反应应的一 极 Zn 2e Zn2 电电池工作时时 电电子是从 负负极流向正极 2 Zn与Cu2 发发生氧化还还原反应应 生成的Cu附着 在Zn的表面构成铜锌铜锌 原电电池 加快反应应速率 从 而加快Zn的腐蚀蚀 3 电电解池的阴极是发发生还还原反应应的一极 2H 2e H2 每生成1 mol MnO2需转转移2 mol电电 子 故每通过过2 mol电电子 理论论上生成1 mol MnO2 质质量为为87 g 答案 1 Zn 或锌锌 正极 2 锌锌与还还原出的铜铜构成铜锌铜锌 原电电池而加快锌锌的 腐蚀蚀 b 3 2H 2e H2 87
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