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课时20 原电池
姓名： 年级：高二
【学习目标】
1.掌握原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式；
2.了解常见化学电源的种类及工作原理；
3.能解释金属发生电化学腐蚀原因，掌握金属的防腐措施。
【学习内容】
【学点一】原电池的原理
原电池的定义：
2.原电池的构成条件：（从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。）
两电极：负极： ，发生 反应
正极： ，发生 反应
电解质溶液：
闭合回路
自发的氧化还原反应
【参考答案】把化学能转化为电能的一种装置
锌 Zn — 2e— = Zn2+ 氧化
铜 2H+ ＋ 2e— = H2 ↑ 还原
3.原电池的工作原理：
(1)电极反应（以铜锌原电池为例）
　电极反应： ，
原电池反应：
【参考答案】 Zn — 2e— = Zn2+ 2H+ ＋ 2e— = H2 ↑
Zn ＋ 2H＋ = Zn2+ ＋ H2 ↑
(2)电子流向：从负极(Zn)流向正极(Zn)
(3)电流方向：从正极(Cu)流向负极(Zn)
【例题】将纯锌片和纯铜片按如图方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是
( )
两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B. 甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C. 两烧杯中溶液的pH均增大 D. 产生气泡的速度甲比乙慢。
【参考答案】 C
【及时练习】下列装置能够构成原电池产生电流的是( )
【参考答案】 D
【及时巩固】等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的胆矾晶体，下列图表示产生H2的体积V(升)与时间t(分)的关系，其中正确的是 ( )
A B C D
【参考答案】 A
【学点二】化学电源
日常生活及高科技领域使用的各种电池，都是在原电池的原理上设计出来的。
1. 实用电池应具有的特点是：
能产生稳定而具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生的影响较小。
2. 常用原电池
(1)干电池
干电池即普通的锌锰电池，它是用 制的圆筒形外壳作负极，位于中央的盖有铜帽的 作正极，圆筒内填充 ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂(吸收正极放出的H2，防止产生极化现象)。
电极反应：
负极： ，
　　 正极： ，
（淀粉糊的作用：提高阴、阳离子在两个电极间的迁移速度）
电池总反应式为：
【参考答案】 碳棒 Zn －2e— = Zn2+ 2NH4 + 2e— =2NH3↑ + H2↑
Zn + 2NH4Cl = ZnCl2 + 2NH3↑ + H2↑
(2)蓄电池
①铅蓄电池
铅蓄电池是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上附着一层棕褐色 ，负极板上是海绵状 ，两极均浸在密度为1.28g·cm—3、浓度为30%的 溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
负极： ，
　　 正极： ，
电池总反应：
【参考答案】 PbO2 Pb H2SO4
Pb ＋ SO42— — 2e— = PbSO4
PbO2 + 4H+ + SO42— ＋2e— = PbSO4 ＋ 2H2O
Pb＋PbO2 ＋2H2SO4 = 2PbSO4 ＋ 2H2O
②银锌蓄电池
　　银锌蓄电池是形似“干电池“的充电电池，其负极为锌，正极为附着Ag2O的银，电解液为40%的KOH溶液。电极反应：
负极： ，
　 　 正极： ，
　　 电池总反应：
【参考答案】 Zn ＋2OH—— 2e— = ZnO ＋ H2O
Ag2O ＋ H2O ＋2e— = 2Ag ＋2OH—
Ag2O ＋ Zn = 2Ag + ZnO
(3)氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为惰性电极，但具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应为：
负极： ，
正极： ，
　　 电池的总反应式为：
【参考答案】 2H2 ＋4OH— — 4e— = 4H2O O2 ＋ 2H2O ＋ 4e— = 4OH—
2H2 ＋ O2 = 2H2O
【例题】随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是 ( )
A. 利用电池外壳的金属材料
B. 防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D. 回收其中石墨电极
【参考答案】 B
【例题】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可以表示为：
　在此电池放电时,负极上发生反应的物质是 （ ）
A．Ag　 B．Zn(OH)2 C．Ag2O　 D．Zn
【参考答案】 C
【及时练习】银器的保护主要是维持它的原貌，对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸泡在稀NaOH溶液中，经一定时间污迹消失，取出后用水洗于净，再用软布或棉团擦光。有关叙述正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　( )
A. 溶液中的OH—离子向正极移动 B. 在银表面上的反应为:Ag2S+2e—=2Ag+S2—
C. 在铝表面的反应为:Al—3e—=Al3+ D. 在铝表面的反应为:Al+4OH—+3e—=AlO2—+2H2O
【参考答案】 B
【学点三】金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀：
金属腐蚀： 。
金属腐蚀常见的类型 和 。
化学腐蚀
金属在非电化学作用下的腐蚀（氧化）过程。通常指在非电解质溶液及干燥气体中，纯化学作用引起的蚀。
电化学腐蚀
不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
【参考答案】 金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。
化学腐蚀 电化学腐蚀
2.电化学腐蚀
　 当两种金属（或合金）相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时，由于形成原电池而发生的腐蚀就是电化学腐蚀。
　 电化学腐蚀过程中由于电解质溶液的不同，又可分为 和 两种。　　
(1)吸氧腐蚀　　　　
一块铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中的腐蚀情况，其中 为负极， 为正极，铜板表面凝结有一层水膜，空气中CO2及沿海地区空气中的NaCl等物质溶解在水膜中形成电解质溶液，从而构成原电池。
电极反应为：负极： 　　
正极： 　　
然后OH－与Fe2+结合为Fe(OH)2，
故该原电池的总反应为： 　
　　 Fe(OH)2与潮湿空气中的水、氧气反应生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3生成的Fe(OH)3分解，从而生成铁锈(Fe2O3·nH2O)，该过程主要消耗O2，称为吸氧腐蚀。
(2)析氢腐蚀
　　同样是上述腐蚀，若空气中SO2含量较高，处于酸雨的环境下，使水膜酸度较高，即电解质溶液为酸性溶液，正极反应就变为：
总反应为： 该过程为析氢腐蚀。
　　无论是析氢腐蚀，还是吸氧腐蚀，都使活泼金属成为原电池的负极，金属失电子变为金属阳离子而被腐蚀，且金属越活泼越易发生电化学腐蚀，明白了金属腐蚀的原因，也就可以找到金属防护的方法。
【参考答案】 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
(1)铁铆钉 铜板 Fe — 2e— = Fe2+ O2 ＋2H2O＋4e— = 4OH—
2Fe ＋O2 ＋2H2O=2Fe(OH)2
(2) 2H+ ＋2e—= H2 ↑ Fe ＋2H+ =Fe2+ ＋H2 ↑
3.金属的防护
　金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，只要破坏了原电池的构成要素就可减少电化学腐蚀的发生，常见有以下几种金属防护方法：
(1)让金属制品处于干燥的环境。该方法破坏了电解质溶液的存在，金属不易被腐蚀。
(2)在金属表面加一层保护层。常见的方法是刷一层油漆、搪瓷、陶瓷、塑料、橡胶等保护层，效果较好的方法还有在金属表面镀上一层金属防护层。
(3)牺牲阳极保护法：
利用原电池原理，让被保护的金属为 ，用还原性强的金属为 ，负极金属被消耗，被保护的金属避免腐蚀。如：镀锌铁可以保护铁，但镀锡铁一旦镀层损坏后会使铁更易腐蚀。航海船只的般底四周嵌锌块，就是利用牺牲阳极保护法来保护船体的。
(4)外加电流阴极保护法：
电解原理中，阳极金属发生氧化反应，阴极金属再活泼也不参与反应。故可让被保护金属与外加直流电源的 相连让其成为 ，从而得到防护，该方法为外加电流阴极保护法。
生产生活中，金属防护常是上述方法的综合使用，以便最大限度地减少金属的腐蚀。金属的防护仍然是一个重大课题，还需寻找更加完美的方法来防护金属。
【参考答案】 (3)正极 负极 (4)负极 阴极
【例题】埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是 ( )
A. 在含铁元素较多的酸性土壤中 B. 在潮湿疏松的碱性土壤中
C. 在干燥致密不透气的土壤中 D. 在含碳粒较多，潮湿透气的中性土壤中
【参考答案】 C
【及时练习】下列变化中属于原电池反应的是　　　　　　　　　　　　　　　 ( )
A. 白铁(镀Zn铁)表面有划损时，也能阻止铁被氧化
B. 在空气中金属铝表面迅速被氧化形成保护膜
C. 红热的铁丝与水接触表面形成蓝色保护层
D. 在铁与稀H2SO4反应时，加几滴CuSO4溶液，可加快H2的产生
【及时巩固】炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，第二天便会因腐蚀出现红褐色锈斑。试回答:
(1)铁锅的锈蚀应属于______________，腐蚀的原因是___________________。
(2)铁锅锈蚀的电极反应式为:负极_________，正极________。正负电极反应产物会继续发生反应，反应的离子方程式或化学方程式为________________________________。
【参考答案】(1)电化学腐蚀；铁锅材料为铁合金，其中铁和少量碳及NaCl残液构成原电池。 (2)2Fe—4e—=2Fe2+(2分)；2H2O+O2+4e—=4OH—；
Fe2++2OH—=Fe(OH)2，4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3+(n-3)H2O=Fe2O3·nH2O
【学习小结】
一、原电池的原理
1.原电池是把 能转化为 的一种装置。
2.原电池的构成条件：
a.两电极：负极： ，发生 反应
正极： ，发生 反应
b.电解质溶液
c.闭合回路
d.自发的氧化还原反应
3.原电池的工作原理：
(1)电极反应（以铜锌原电池为例）
　电极反应： ，
原电池反应：
(2)电子流向：从 流向
(3)电流方向：从 流向
二、化学电源
（一）常见电源
(1)干电池 (2)蓄电池①铅蓄电池 ②银锌蓄电池 (3)燃料电池
（二）金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀常见的类型 和
2.电化学腐蚀
(1)吸氧腐蚀
电极反应为：负极： 　　
正极： 　
然后OH－与Fe2+结合为Fe(OH)2，
故该原电池的总反应为： 　
　　 Fe(OH)2与潮湿空气中的水、氧气反应生成Fe(OH)3：
(2)析氢腐蚀
　　电解质溶液为酸性溶液，正极反应就变为：
总反应为： 该过程为析氢腐蚀。
3. 金属的防护
(1)置于干燥环境 (2)外加保护层 (3)牺牲阳极保护法 (4)外加电流阴极保护法
课时练习——课时20 原电池
【参考答案】1. B 2. C 3. D 4.BD 5. CD 6. C
7.(1) D （2）铁圈和银圈在CuSO4溶液中构成了原电池。Ag作正极，Cu在银圈上析出沉积变重；Fe作正极，铁圈不断溶解变轻，因此，银圈向下倾斜。
课时练习
课时20 原电池
姓名： 年级：高二
1.关于原电池的说法正确的是( )
A. 在正极上发生氧化反应 B. 化学性质较活泼的金属为负极
C. 在外电路正极电子流出 D. 在负极上发生还原反应
2.下列说法不正确的是( )
A. 原电池中电子由负极流向正极 B. 原电池中发生还原反应的电极是正极
C. 电解池中发生还原反应的电极是阳极 D. 电解池中质量增加的电极是阴极
3.原电池产生电流的本质原因是( )
A. 电解质溶液中有电离出的自由移动的离子 B. 有导线将两个活泼性不同的电极连接
C. 在不同金属的两极间存在电势差 D. 在原电池中发生了氧化还原反应
4.【双选】下列反应中，在原理上可以设计成原电池的是( )
A. Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl的反应 B. 铝与盐酸的反应
C. 石灰石的分解 D. 甲烷与氧气的反应
5.【双选】下列说法正确的是( )
A. 碱性锌锰干电池是二次电池 B. 铅蓄电池是一次电池
C. 二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D. 燃料电池的活性物质没有储存在电池内部
6.微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为: Zn+2OH——2 e—=ZnO+H2O；Ag2O+H2O+2e—=2Ag+2OH—
根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是( )
A. 在使用过程中，电池负极区溶液的pH减小
B. 使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C. Zn是负极，Ag2O是正极
D. Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
7.如图所示装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的相接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈) ( )
A. 铁圈和银圈左右摇摆不定 B. 保持平衡状态不变
C. 铁圈向下倾斜 D. 银圈向下倾斜
(2)产生上述现象的原因是__________________________________
______________________________________________________。

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