2021届一轮复习鲁科版原电池化学电源学案

2021届一轮复习鲁科版原电池化学电源学案

第3讲　原电池　化学电源 学习指导意见 核心素养 ‎1.了解原电池的构成，理解原电池的工作原理，能书写电极反应式和电池总反应式，并能设计简单的原电池。‎ ‎2.认识化学能与电能相互转化的实际意义，了解常见的化学电源并利用相关信息分析化学电源的工作原理。‎ ‎1.变化观念与平衡思想：认识原电池的本质是氧化还原反应。能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。‎ ‎2.证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。‎ 考点一　原电池的工作原理及其应用 ‎[学在课内]‎ ‎1.概念 原电池是把化学能转化为电能的装置。‎ 反应特点：自发的氧化还原反应。‎ ‎2.构成条件 ‎(1)闭合回路 ‎(2)两极有电势差——两个活性不同的电极。‎ ‎(3)电解质溶液 ‎(4)自发的氧化还原反应 ‎3.工作原理(铜、锌电池简图如下)‎ 提炼图：原电池中带电微粒移动方向图 ‎[名师点拨]‎ ‎(1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。‎ ‎(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。‎ ‎(3)无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。‎ ‎4.单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 正、负极电极反应式，总反应式，电极现象 不同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长 ‎[提示]　盐桥的两个作用 ‎(1)连接内电路，形成闭合回路。‎ ‎(2)平衡电荷，保证溶液呈电中性。‎ ‎5.原电池原理的应用 ‎(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。‎ ‎(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。‎ ‎(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。‎ ‎(4)设计原电池：‎ ‎①将氧化还原反应分成两个半反应。‎ ‎②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。‎ ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)‎ ‎(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(×)‎ ‎(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应(×)‎ ‎(4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(√)‎ ‎(5)在内电路中，电子由正极流向负极(×)‎ ‎(6)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液(×)‎ 拓展应用 下列装置中不能形成原电池的是________。‎ 答案　①③‎ 思维探究 ‎(1)新型电池——浓度差电池的工作原理：由于两个半池电解溶液浓度不同而产生电势差，从而产生电池。‎ ‎(2)试判断以下四种电池的正负极 答案　①正极：Al　负极：Mg　②正极：Mg　负极：Al　③正极：Fe　负极：Cu　④正极：Cu　负极：Fe ‎[基础点巩固]‎ ‎1.如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是(　　)‎ A.外电路的电流方向为X→外电路→Y B.若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁 C.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 D.若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X>Y 解析　由电子移动方向知X为负极，Y为正极，故电流方向为Y→外电路→X，A项错误；X为负极，Y为正极，X比Y活泼，故X应为铁，B项错误；X为负极，应发生氧化反应，C项错误。‎ 答案　D ‎2.Al－Ag2O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。电池工作时，下列说法错误的是(　　)‎ A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极 B.电池负极附近溶液pH升高 C.正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－‎ D.负极会发生副反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑‎ 解析　Al作负极失电子发生氧化反应，由于电解质溶液为NaOH溶液，所以电极反应为：Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，负极消耗OH－，pH减小，B项错误；Ag2O在正极得电子发生还原反应：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，C项正确；电子从负极经外电路流向正极，A项正确。‎ 答案　B ‎3.中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池(如图所示)，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是(　　)‎ A.a极为正极 B.随着反应不断进行，负极区的pH不断增大 C.b极的电极反应为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－‎ D.若消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子 解析　由已知结合图示，葡萄糖(C6H12O6)发生氧化反应生成葡萄糖内酯(C6H10O6)，所以a极为负极，故A项错误；电解质溶液显酸性，所以负极反应为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，随着反应不断进行，负极区的pH不断减小，故B项错误；b极为正极，电极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，故C项 错误；由负极反应C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋可得，1 mol葡萄糖失去2 mol电子，所以若消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子，故D项正确。‎ 答案　D ‎[名师点拨]‎ 原电池正、负极的判断方法 ‎[注意]　原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。‎ ‎[能力点提升]‎ ‎4.铬是常见的过渡金属之一，研究铬的性质具有重要意义。‎ 在如图装置中.观察到装置甲铜电极上产生大量的无色气体。而装置乙中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ 答案　由装置甲知铬的金属活动性比铜强；由装置乙知常温下铬在浓硝酸中钝化。‎ ‎5.某校化学兴趣小组进行探究性活动，将氧化还原反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，设计成盐桥原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：‎ ‎(1)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。‎ ‎(2)发生氧化反应的电极反应式为_____________________________________。‎ ‎(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。‎ ‎(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极为________(填“正”或“负”)极。‎ 解析　(1)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。(3)反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。‎ 答案　(1)如图：‎ ‎(2)2I－－2e－===I2　(3)无　(4)负 ‎6.选择合适的图像：‎ ‎(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。‎ ‎(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。‎ ‎(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。‎ ‎(4)在上述实验中能否将CuSO4溶液更换成Cu(NO3)2溶液________。‎ 答案　(1)A　(2)B　(3)C　(4)否 ‎[名师点拨]‎ 原电池设计思维模型 ‎7.锂(Li)空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.金属锂作负极，发生氧化反应 B.Li＋通过有机电解质向水溶液处移动 C.正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－‎ D.电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH 解析　正极氧气得到了电子后与水结合形成氢氧根，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C项错误；在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故A项正确；在负极Li失去电子变成了Li＋，会通过有机电解质向水溶液处(正极)移动，故B项正确；负极的反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池的总反应则为4Li＋O2＋2H2O==‎ ‎=4LiOH，故D项正确。‎ 答案　C ‎8.一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法错误的是(双选)(　　)‎ A.电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2 O===2Mg(OH)2‎ B.正极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋‎ C.活性炭可以加快O2在负极上的反应速率 D.电子的移动方向由a经外电路到b 解析　金属镁作负极，反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，吸附氧气的活性炭作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2，A正确，B、C错误；电子的移动方向由负极a经外电路到正极b，D正确。‎ 答案　BC 考点二　化学电源 ‎[学在课内]‎ ‎1.一次电池——碱性锌锰干电池 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；‎ 负极反应：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；‎ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。‎ ‎2.二次电池——可充电电池 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。‎ ‎(1)放电时的反应 ‎①负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4。‎ ‎②正极：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O。‎ ‎③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。‎ ‎(2)充电时的反应 ‎①阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO。‎ ‎②阳极：PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO＋4H＋。‎ ‎③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。‎ ‎[注意]　可充电电池的充放电不能(填“能”或“不能”)理解为可逆反应。‎ ‎3.燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性和碱性两种：‎ 酸性 碱性 负极反应式 H2－2e－===2H＋‎ H2－2e－＋2OH－===2H2O 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)太阳能电池不属于原电池(√)‎ ‎(2)碘可用作锂碘电池的材料，该电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)，则碘电极作该电极的负极(×)‎ ‎(3)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(×)‎ ‎(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(×)‎ 拓展应用 ‎(1)‎ ‎(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图所示：‎ Pt电极上发生的是还原反应(填“氧化”或“还原”)。写出NiO电极的电极反应式：NO－2e－＋O2－===NO2。‎ 思维探究 一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6 mol·L－1的KOH溶液。‎ ‎(1)当闸刀掷向充电器时，该装置为电解池，镍电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O。‎ ‎(2)当闸刀掷向用电器时，该装置为原电池，镍电极电极反应式为NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。‎ ‎[基础点巩固]‎ ‎1.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A.a极为负极，电子由a极经外电路流向b极 B.a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋‎ C.电池工作一段时间后，装置中[H2SO4]增大 D.若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多 解析　a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极，A项正确；以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋，B项正确；电池工作一段时间后，装置中[H2SO4]减小，C项错误；根据电池总反应：2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知等物质的量的CH4消耗O2较多，D项正确。‎ 答案　C ‎2.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如下图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)‎ A.b极发生氧化反应 B.a极的反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O C.放电时，电流从a极经过负载流向b极 D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜 解析　燃料电池燃料(N2H4)在负极(a极)发生氧化反应N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，O2在正极发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH－在正极生成，移向负极消耗，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。‎ 答案　B ‎3.科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.电极a为电池的负极 B.电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O C.电路中每流过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S D.每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区 解析　电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；电极b上O2转化为H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项正确；负极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中每流过4 mol电子，在负极消耗2 mol H2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；根据2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17 g(0.5 mol)H2S参与反应，生成1 mol H＋‎ 经质子膜进入正极区，D项正确。‎ 答案　C ‎[名师点拨]‎ ‎4.(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b作________极，表面发生的电极反应为_________________________________。‎ ‎(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。‎ ‎①X为________极，Y电极反应式为________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎②Y极生成1 mol Cl2时，________ mol Li＋移向________(填“X”或“Y”)极。‎ 解析　(1)从图示可以看出，左侧H2O转变成O2，O元素被氧化，电极a为负极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，H＋通过质子交换膜进入右侧发生反应，右侧通入的CO2转变成HCOOH，C元素被还原，电极b为正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。(2)根据装置可知生成H2的电极为正极，生成Cl2的电极为负极。‎ 答案　(1)正　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH ‎(2)①正　2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎②2　X ‎[名师点拨]‎ 电极反应式的书写 ‎(1)一般电极反应式的书写 ‎(2)复杂电极反应式的书写 如CH4酸性燃料电池中 CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式①‎ ‎2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式②‎ ‎①－②得 CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式 ‎[能力点提升]‎ ‎5.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池的总反应为：Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　)‎ A.放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移 B.放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6‎ C.充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g D.充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋‎ 解析　放电时，负极反应为：LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正极反应为：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，A、B正确；充电时，阴极反应为：xLi＋＋C6＋xe－‎ ‎===LixC6，转移1 mol e－时，石墨C6电极将增重 7 g，C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，D项正确。‎ 答案　C ‎6.中国科学家用毛笔书写后的纸张作为空气电极，设计并组装了轻型、柔性且可折叠的可充电锂空气电池(图1)，电池的工作原理如图2。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.放电时，纸张中的纤维素作锂电池的正极 B.放电时，Li＋由正极经过有机电解质溶液移向负极 C.开关K闭合给锂电池充电，X为直流电源正极 D.充电时，阳极的电极反应式为Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋‎ 解析　纤维素不导电，石墨导电，故放电时，纸张表面毛笔书写后留下的石墨作电池正极，A项错误；原电池或电解池工作时，电解质中阴、阳离子的移动方向一般遵循“阴阳相吸”原则，即电池放电时，电解质中的阳离子移向正极，据此可快速判断锂电池放电时，带正电荷的Li＋由负极经过有机电解质溶液移向正极，B项错误；充电时，直流电源负极与电池负极(金属锂)相连，故X为直流电源负极，C项错误；充电时，空气电极作阳极，此时Li2O2失去电子生成O2：Li2O2－2e－===O2↑＋2Li＋，D项正确。‎ 答案　D ‎[名师点拨]‎ ‎1.充放电电池解题模板 ‎2.速记速判 简单电极先写出，复杂反应相减得。负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极。‎ ‎7.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A.电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B.电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 解析　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为：Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少，错误。‎ 答案　D ‎8.一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)‎ A.放电时，多孔碳材料电极为负极 B.放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移 D.充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2‎ 解析　根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D项正确。‎ 答案　D ‎9.一种电化学制备NH3的装置如下图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是(　　)‎ A.Pd电极b为阴极 B.阴极的反应式：N2＋6H＋＋6e－===2NH3‎ C.H＋由阳极向阴极迁移 D.陶瓷可以隔离N2和H2‎ 解析　此装置为电解池，总反应式是N2＋3H2===2NH3，Pd电极b上是氢气发生氧化反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；根据电解池的原理，阳离子由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。‎ 答案　A ‎10.最近，科学家研发了“全氢电池”‎ ‎，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.右边吸附层中发生了还原反应 B.负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O C.电池的总反应是2H2＋O2===2H2O D.电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动 解析　根据装置图中电子的流向，通H2的一极为负极，出H2的一极为正极，电极反应式为：‎ 负极：H2－2e－＋2OH－===2H2O 正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ A项，正极上发生还原反应；C项，电池总反应式为H＋＋OH－===H2O；D项，由于在负极区消耗OH－，所以Na＋向右移动，而ClO向左移动。‎ 答案　C 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎[学在课内]‎ ‎1.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。‎ ‎2.金属腐蚀的类型 ‎(1)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 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，电化学腐蚀更普遍 ‎(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3)‎ 水膜酸性很弱或呈中性 电极材料及反应 负极 Fe：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极 C：2H＋＋2e－===H2↑‎ C：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋H2O===2Fe(OH)2‎ 联系 ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3失水生成铁锈，吸氧腐蚀更普遍 ‎3.金属电化学保护的两种方法 ‎4.其他防护方法 如加保护层(涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料等)，电镀。‎ ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)生铁比纯铁容易生锈。(√)‎ ‎(2)Al、Fe、Cu在潮湿空气中腐蚀均生成氧化物。(×)‎ ‎(3)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。(×)‎ ‎(4)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。(×)‎ ‎(5)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。(×)‎ ‎(6)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。(√)‎ ‎(7)用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈。(√)‎ ‎(8)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法。(√)‎ 拓展应用 如图所示，连接甲、乙两试管的导管中有一段水柱，甲、乙两支试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NH4Cl溶液，乙试管中为NaCl溶液，数天后导管中观察到的现象是________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________，‎ 甲中正极反应为______________________________________________，‎ 乙中正极反应为_______________________________________________。‎ 答案　U形管中液面左侧下降，右侧上升　2H＋＋2e－===H2↑‎ O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 思维探究 试分析如图所示的装置中，Cu－Zn合金的溶解速率与开关分别置于M、N处时合金的溶解速率的快慢。‎ 比较：‎ M处：________　　N处：________‎ 答案　加快　减慢 ‎[基础点巩固]‎ ‎1.据最近报道，中国生产的首艘国产航母“山东”‎ 号已经下水。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.方法1叫外加电流的阴极保护法 B.方法2叫牺牲阳极的阴极保护法 C.方法1中金属块可能是锌、锡和铜 D.方法2中舰体连接电源的负极 解析　舰体是由钢板做的。方法1，舰体镶嵌一些金属块，必须是比铁活泼的金属如锌等，锡和铜不行，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法。方法2，航母舰体与电源相连，必须与电源负极相连，这种方法叫外加电流的阴极保护法。综上所述，D项正确。‎ 答案　D ‎2.下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)‎ A.图甲中，铁钉易被腐蚀 B.图乙中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C.图丙中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D.图丁中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 解析　A项，图甲中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀；D项，为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。‎ 答案　C ‎3.用饱和氯化钠溶液润湿的滤纸分别做甲、乙两个实验，下列判断错误的是(　　)‎ A.甲是原电池，乙是电解池 B.甲中铁棒比乙中铁棒更易腐蚀 C.d电极上的电极反应是Fe－2e－===Fe2＋‎ D.b电极上的电极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 解析　据原电池和电解池的构成条件可知，甲是原电池，乙是电解池，A正确；甲中铁为原电池的负极，发生反应Fe－2e－===Fe2＋，乙中Fe为电解池阴极，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，Fe被保护，B正确，C错误；甲中铁发生吸氧腐蚀，b为正极，正极上电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，D正确。‎ 答案　C ‎[名师点拨]‎ ‎1.判断金属腐蚀快慢的规律 ‎(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。‎ ‎(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。‎ ‎(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。‎ ‎2.两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。‎ ‎[能力点提升]‎ ‎4.钢铁防护方法有多种，图中的方法描述正确的是(　　)‎ A.b为电源负极 B.该方法是牺牲阳极的阴极保护法 C.电子流向：a→钢铁闸门→辅助电极→b→a D.电源改用导线连接进行防护时，辅助电极发生氧化反应 解析　从图示可知，由于有外加电源，故此为外加电流的阴极保护法，B错误；A项，在外加电流的阴极保护法中，钢铁作电解池的阴极，即a为电源的负极，则b为电源的正极，故A错误；C项，在电解池中，电子由电解池的阳极→电源的正极，电源的负极→电解池的阴极，溶液中通过离子导电而不是电子，故C错误；D项，电源改用导线连接进行防护时，即牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极要作负极，发生氧化反应，故D正确。‎ 答案　D ‎5.一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表：‎ pH ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎6.5‎ ‎8‎ ‎13.5‎ ‎14‎ 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2＋‎ Fe3O4‎ Fe2O3‎ FeO 下列说法错误的是(　　)‎ A.当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B.当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C.当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 解析　C项正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ 答案　C ‎6.深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如下图所示，下列与此原理有关的说法错误的是(　　)‎ A.正极反应：SO＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－‎ B.输送暖气的管道不易发生此类腐蚀 C.这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2O D.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀 解析　原电池的正极发生还原反应，由图示可知发生的电极反应为SO＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－，A正确；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化活性，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，B正确；由图示可知，Fe腐蚀生成Fe2＋且在HS－环境中不易生成Fe3＋，C错误；管道上刷富锌油漆，形成ZnFe原电池，Fe为正极，可以延缓管道的腐蚀，D正确。‎ 答案　C ‎7.下列叙述错误的是(　　)‎ A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用 B.电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是牺牲阳极的阴极保护法 C.]电解精炼铜的阳极反应：Cu2＋＋2e－===Cu D.铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈 解析　废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染，处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，保护环境，A项正确；活泼金属镁易失去电子，形成原电池时为负极，电热水器内胆(Ag)被保护，此为牺牲阳极的阴极保护法，B项正确。电解精炼铜时，阳极发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，C项错误；铁管镀锌层局部破损后，与电解质溶液接触形成原电池，该原电池中，锌为负极，被腐蚀，而铁管为正极，被保护，因此铁管不易生锈，D项正确。‎ 答案　C ‎8.铁及其化合物与生产、生活关系密切。‎ 右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。‎ ‎(1)该电化学腐蚀称为________。‎ ‎(2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是______(填字母)。‎ 解析　(1)海水接近于中性，则铁闸发生的是吸氧腐蚀。(2)表面海水中O2‎ 浓度较大，腐蚀的较快，故B处产生的铁锈最多。‎ 答案　(1)吸氧腐蚀　(2)B 一、新型高能绿色电池——培养学生的节能环保意识，提升学生的社会责任感 随着全球能源逐渐枯竭，以及废旧电池中重金属盐的污染日趋严重，因此，化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广、信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。但应用的解题原理仍然还是原电池的基础知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。‎ 解题思维模板 ‎[题组训练]‎ 题型一　“常考不衰”的燃料电池 ‎1.一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A.反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O C.电池工作时，CO向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析　A项，，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6‎ ‎ mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为：H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为：O2＋4e－＋2CO2===2CO，正确。‎ 答案　D ‎2.如图是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图。关于该电池的叙述不正确的是(　　)‎ A.该电池不能在高温下工作 B.电池的负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋‎ C.放电过程中，电子从正极区向负极区每转移1 mol，便有1 mol H＋从阳极室进入阴极室 D.微生物燃料电池具有高能量转换效率、原料较广泛、操作条件温和、有生物相容性等优点，值得研究与推广 解析　该电池为微生物电池，高温下微生物失活，故不能在高温下工作，A项正确；由电子移动方向可知左侧为负极，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，B项正确；电子只能在外电路中移动内电路中导电微粒为阴、阳离子，C项错误；该电池符合节能环保意识，D项正确。‎ 答案　C 题型二　“蕴含时代气息”的环保型电池 ‎3.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)‎ A.放电时，ClO向负极移动 B.充电时释放CO2，放电时吸收CO2‎ C.放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C D.充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na 解析　电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。‎ 答案　D ‎4.如图是发表于《科学进展》的一种能够捕捉CO2的电化学装置。下列说法正确的是(　　)‎ A.该装置将电能转化为化学能 B.正极的电极反应为2CO2＋2e－===C2O C.每生成1 mol的草酸铝，外电路中转移3 mol电子 D.随着反应的进行，草酸盐的浓度减小 解析　A项，由电池结构分析知该装置为原电池，能量变化为化学能转化为电能，错误；B项，右侧为正极，CO2放电，产物为C2O，故电极反应式为2CO2＋2e－===C2O，正确；C项，每生成1 mol草酸铝[Al2(C2O4)3]，外电路中转移6 mol e－，错误；D项，电池总反应方程式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，故草酸盐浓度不变，错误。‎ 答案　B 二、隔膜电池——培养学生的思维建模意识、强化学生安全环保意识 解题步骤：‎ ‎(1)分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。‎ ‎(2)写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。‎ ‎(3)分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。‎ ‎(4)膜的选择 应以目的产物为基准，结合新生成部分的位置及原有部分的位置，阴、阳离子的移动方向进行选择。‎ ‎[题组训练]‎ 题型一　膜的作用 ‎5.根据光合作用原理，设计如图原电池装置。下列说法正确的是(　　)‎ A.a电极为原电池的正极 B.外电路电流方向是a→b C.b电极的电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2‎ D.a电极上每生成1 mol O2，通过质子交换膜的H＋为2 mol 解析　根据图示可知，a电极上H2O转化为H＋和O2，发生氧化反应，则a电极为原电池的负极，A项错误；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C项正确；a电极上每生成1 mol O2，转移4 mol电子，则通过质子交换膜的H＋为4 mol，D项错误。‎ 答案　C ‎6.某学习小组为探究传统的Al空气海水电池设计如图所法的实验装置。‎ 该电池工作时，下列说法正确的是(　　)‎ A.负极反应式为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3‎ B.多孔PtFe合金电极有利于吸附Na＋‎ C.NaOH溶液的pH增大 D.1 mol O2参与反应时，有4 mol阳离子通过离子交换膜 解析A项，由图分析知Al为负极，电极反应式为Al－3e－===Al3＋，错误；B项多孔PtFe合金电极有利于吸附O2，增大两个电极的电位差，错误；C项由于负极上生成Al3＋，溶液中有Na＋，故电池工作时通过阳离子交换膜的阳离子有Na＋、Al3＋，故阴极上O2放电生成的OH－与Al3＋反应后有剩余，故[OH－]增大，pH增大，正确；D项由于有Al3＋通过交换膜，故通过交换膜的离子的物质的量小于4 mol，错误。‎ 答案　C 题型二　膜的选择 ‎7.金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。‎ 已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(　　)‎ A.‎ 采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面 B.比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高 C.M空气电池放电过程的正极反应式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n D.在Mg空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜 解析　A项，采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积，且有利于氧气扩散至电极的表面，正确；B项，单位质量的Mg、Al、Zn释放的电子分别为 mol、 mol、 mol，显然铝的比能量比Mg、Zn高，正确；C项，电池放电过程正极O2得电子生成OH－，但负极生成的金属阳离子不能透过阴离子交换膜移至正极，故正极不能生成M(OH)n，反应式应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，为避免OH－移至负极而生成M(OH)n，可采用中性电解质及阳离子交换膜阻止OH－，正确。‎ 答案　C ‎8.以铅蓄电池为电源，通过电解法制备酒石酸(C4H6O6，简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极，a、b为离子交换膜)‎ 下列叙述不正确的是(　　)‎ A.N极的电极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O B.b为阴离子交换膜 C.阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区溶液pH升高 D.铅蓄电池中消耗2 mol H2SO4时，理论上生成2 mol RH2‎ 解析　观察原理图可知RH2在bB区生成，可判断出R2－由原料室进入bB区。故b为阴膜，B项正确；N为正极，电极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，A项正确；A为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项正确；铅蓄电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，当电池中消耗2‎ ‎ mol H2SO4时，则电路中转移2 mol e－。根据B极电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，转移2 mol e－，产品室有2 mol H＋生成，R2－＋2H＋===RH2，所以理论上可生成1 mol RH2，故D项错误。‎ 答案　D 三、金属的腐蚀与防护　培养学生的社会责任感 素养说明：金属的腐蚀与防护是社会的现实热点问题，高考中以此类科谱知识为素材，通过文字、图表等信息阐释化学在生产、生活中的应用，引导学生热爱化学，学以致用，从而培养学生的社会责任感。‎ 题型一　原理探究 ‎[题组训练]‎ ‎9.验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。‎ ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　)‎ A.对比②③，可以判定Zn保护了Fe B.对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D.将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼 解析　②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋‎ ‎，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。‎ 答案　D ‎10.某小组设计如图所示装置研究电化学原理，下列说法中错误的是(　　)‎ A.若开始时开关K与a连接，则其反应与铁的吸氧腐蚀类似 B.若开始时开关K与b连接，则标准状况下B极产生2.24 L气体时转移电子0.2 mol C.若开始时开关K与b连接，则该装置工作时化学能转变为电能 D.若开始时开关K与b连接，其原理类似于钢铁防护中外加电流的阴极保护法 解析　若开始时开关K与a连接，构成原电池，饱和食盐水呈中性，所以发生铁的吸氧腐蚀，A正确；若开始时开关K与b连接，构成电解池，B极与电源的负极相连，作阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则标准状况下B极产生2.24 L气体，即生成气体的物质的量为0.1 mol时，转移0.2 mol电子，B正确；若开始时开关K与b连接，构成电解池，该装置中电能转化为化学能，C错误；金属的电化学防护措施有利用原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法和利用电解池原理的外加电流的阴极保护法，开关K与b连接时，构成电解池，故其原理类似于钢铁防护中外加电流的阴极保护法，D正确。‎ 答案　C 题型二　腐蚀与防护 ‎11.支撑海港码头基础的防腐技术，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)‎ A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 解析　钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。‎ 答案　C ‎12.如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。‎ ‎(1)腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a““或“b”或“c”)；‎ ‎(2)环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为___________________________________。‎ 解析　在青铜器被腐蚀过程中，Cu失去电子发生氧化反应为原电池的负极。②负极产物为Cu失去电子生成的Cu2＋，正极产物为O2获得电子生成的OH－，Cu2＋、OH－、Cl－反应生成Cu2(OH)3Cl沉淀：2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。‎ 答案　(1)c　‎ ‎(2)2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓‎