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2019-2020年高中化學(xué) （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(yīng)用(備課資料) 備課資料 一、活潑金一一定作原電池負(fù)極嗎? 在原電池中，相對活潑金屬作負(fù)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(dòng)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(shí)驗(yàn)證明，在Mg—Al—H2SO4形成的原電池中Mg為負(fù)極；當(dāng)往該電池的電解質(zhì)溶液中加入過量的NaOH時(shí)，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(dǎo)學(xué)生判斷原電池的正、負(fù)極時(shí)，既要看金屬活動(dòng)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(xué)生誤判。 ——《中學(xué)化學(xué)》作者：文繼明 二、淺析形成原電池的三個(gè)條件 電化學(xué)是電解質(zhì)一章的難點(diǎn)，近年的高考卷中連續(xù)涉及這方面的內(nèi)容，要使學(xué)生全面掌握原電池的知識．必須滲透原電池形成的三個(gè)條件：(1)活潑性不同的兩個(gè)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(yīng)。只要分析清這三個(gè)方面的問題．原電池的難點(diǎn)就會(huì)自然消失。 1．電極問題 兩個(gè)電極的選擇是原電池能否成功構(gòu)成的先決條件，教科書中的鋅銅電池和電化學(xué)腐蝕不是金屬本身參加反應(yīng)的電極就是石墨電極，以致學(xué)生看到燃料電池之類就束手無策，其實(shí)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(jié)構(gòu)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(yīng)的電解質(zhì)溶液中就形成電極。電極反應(yīng)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(dǎo)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(gòu)成，電極反應(yīng)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(fù)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(fù)離子的溶液或堿溶液中。如1994年高考卷中的銀鋅電池的負(fù)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(jià)態(tài)的離子溶液中，例如。要同學(xué)設(shè)計(jì)Fe+2Fe3+===3Fe2+的原電池時(shí)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(yīng)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(gòu)成原電池的錯(cuò)覺。其實(shí)大部分電池中 的電解質(zhì)在充放電時(shí)是沒有得失電子的，只是起著內(nèi)電路導(dǎo)電功能和調(diào)節(jié)離子濃度的作用。 如何讓學(xué)生根據(jù)電池反應(yīng)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(fù)極起氧化還原反應(yīng)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(fù)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(fù)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(xué)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(yīng) 如何明確發(fā)生怎樣的原電池反應(yīng)：首先要讓學(xué)生明白根據(jù)氧化還原反應(yīng)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(yīng)、電極反應(yīng)的關(guān)鍵。如Zn／CuS04／Cu本質(zhì)的反應(yīng)還是： Zn+CuSO4===== Cu+ZnSO4 據(jù)此學(xué)生就不難寫出兩極反應(yīng)為： 負(fù)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(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的化學(xué)概念，但學(xué)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(guān)系。 當(dāng)鋼鐵發(fā)生化學(xué)腐蝕時(shí)，即Fe與O2直接起緩慢氧化而發(fā)生腐蝕時(shí)，腐蝕處即生銹處。 當(dāng)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，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(fù)極而不斷溶解，即水下的部分腐蝕最 嚴(yán)重。 負(fù)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(fù)極，在原電池反應(yīng)中電子流動(dòng)的方向如圖所示。Fe在水面下被氧化成Fe2+進(jìn)入溶液并向正極移動(dòng)，與正極附近產(chǎn)生的OH一結(jié)合，生成Fe(OH)2，進(jìn)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)?？梢姡F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(fù)極而不斷發(fā)生電化學(xué)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(xué)化學(xué)》作者：丁峰山 綜合能力訓(xùn)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(yīng)式為：C2H6+180H一一14e一=====2CO+12H2O，7H2O+O2+14e一====140H一，有關(guān)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(dòng) B．放電一段時(shí)間后，KOH物質(zhì)的量濃度不變 C．通乙烷的電極為負(fù)極 D．參加反應(yīng)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(yīng)，構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通的應(yīng)是 ，正極通的應(yīng)是 ，電極反應(yīng)式為 ， 。 (2)如把KOH改為稀H2SO4作電解質(zhì)，則電極反應(yīng)式為 。(1)和(2)的電池液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，溶液的pH各有何變化? (3)如把H2改為CH4、KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，則電極反應(yīng)式為 答案：(1)H2 O2 負(fù)極：2H2+4OH一一4e一=====4H2O 正極：O2+2H2O4+4e一一4OH一 (2)負(fù)極：2H2—4e一====4H+ 正極：O2+4e一+4H+=====2H2O前變小，后變大 (3)負(fù)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(yīng)：Cd(OH)2+2Ni(OH)2 ===== Cd+2NiO(OH)+2H2O。由此可見,該電池的負(fù)極材料是 ( ) A．Cd B．NiO(OH) C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2 答案：A