2021新高考化学鲁科版一轮复习同步练习：第6章 第21讲 化学能转化为电能——电池

2021新高考化学鲁科版一轮复习同步练习：第6章 第21讲 化学能转化为电能——电池

www.ks5u.com 第21讲　化学能转化为电能——电池 目标要求　1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2.体会提高燃料的燃烧效率、开发高纯清洁燃料和研制新型电池的重要性。3.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解原电池及其常见化学电源的工作原理；能利用相关信息分析化学电源的工作原理，开发新型电池。4.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择设计防腐措施。‎ ‎1．概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。‎ ‎2．构成条件 ‎(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。‎ ‎(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。‎ ‎(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：‎ ‎①电解质溶液；‎ ‎②两电极直接或间接接触；‎ ‎③两电极插入电解质溶液中。‎ 理解应用 在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是______(填序号)，并指出原因__________‎ ‎____________________________________________________________________________。‎ 答案　①④　①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路 ‎3．工作原理 以锌铜原电池为例 ‎(1)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 ‎(2)盐桥的组成和作用 ‎①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。‎ ‎②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。‎ 理解应用 ‎“异常”原电池原理的深度分析 ‎(1)铝铜浓硝酸电池 初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，使铝钝化，钝化铝作正极，铜被浓硝酸氧化，作负极，电极反应：‎ 铜：Cu－2e－===Cu2＋；‎ 钝化铝：2NO＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O。‎ ‎(2)镁铝烧碱溶液电池 镁不溶于烧碱，铝单质可溶于烧碱，铝作负极，镁作正极，电极反应，铝：2Al－6e－＋4OH－===2[Al(OH)4]－；镁：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－。‎ 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。‎ ‎(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生(×)‎ ‎(2)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(×)‎ ‎(3)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应(×)‎ ‎(4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(√)‎ ‎(5)铁铜原电池中，负极反应式为Fe—3e－===Fe3＋(×)‎ ‎(6)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(×)‎ ‎(7)锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液，形成闭合回路，所以有电流产生(×)‎ 判断原电池正、负极的5种方法 题组一　原电池工作原理(不定项选择题)‎ ‎1．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 答案　C 解析　A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。‎ ‎2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)‎ A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑‎ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ D．④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 答案　BD 解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确。‎ ‎3．我国科学家在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．该装置的总反应为H2SH2＋S B．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能”‎ C．a极上发生的电极反应为Fe3＋－e－===Fe2＋‎ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 答案　CD 解析　该装置发生的有关反应为H2S＋2Fe3＋===2H＋＋S＋2Fe2＋(a极区)、2Fe2＋－2e－===2Fe3＋(a极)、2H＋＋2e－===H2(b极)，这三个反应相加，结合反应条件得到总反应H2SH2＋S，故A、C正确；该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，故B正确；a极区涉及两步反应，第一步利用氧化态Fe3＋高效捕获H2S得到硫和还原态Fe2＋，第二步是还原态Fe2＋在a极表面失去电子生成氧化态Fe3＋，这两步反应反复循环进行，所以a极区无需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，故D错误。‎ 题组二　聚焦“盐桥”原电池 ‎4．(2020·咸阳高三模拟)根据下图，下列判断中正确的是(　　)‎ A．烧杯a中的溶液pH降低 B．烧杯b中发生氧化反应 C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 答案　B 解析　由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中[OH－]增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。‎ ‎5．控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)‎ A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．检流计读数为零后，在甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 答案　D 解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；检流计读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中加入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。‎ 原电池的工作原理简图 注意　①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。‎ ‎②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。‎ ‎③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。‎ ‎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．设计制作化学电源 ‎①首先将氧化还原反应分成两个半反应。‎ ‎②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。‎ 应用体验 设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。‎ ‎(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_________________________________。‎ ‎(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：‎ ‎①负极：________________________________________________________________________。‎ ‎②正极：________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：‎ ‎①不含盐桥 ‎②含盐桥 答案　(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋‎ ‎(2)①Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋‎ ‎(3)‎ ‎①不含盐桥 ‎②含盐桥 ‎(1)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的KCl饱和溶液(×)‎ ‎(2)10 mL浓度为1 mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSO4溶液能加快反应速 率但又不影响氢气生成量(√)‎ ‎(3)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀(×)‎ ‎(4)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以自发进行，且放大量热，故可以设计成原电池(×)‎ ‎1．(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有(　　)‎ A．与石墨棒相连 B．与铜板相连 C．埋在潮湿、疏松的土壤中 D．与锌板相连 答案　D ‎2．(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　)‎ 答案　D 解析　a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。‎ ‎3．(比较金属活动性)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：‎ 实验装置 部分实验 a极质量减少；b极 b极有气体产生；‎ d极溶解；c 电流从a极 现象 质量增加 c极无变化 极有气体产生 流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)‎ A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 答案　C 解析　把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。综上所述可知活动性：d＞a＞b＞c。‎ ‎4．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(盐桥为盛有KNO3琼脂的U形管)。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)电极X的材料是______；电解质溶液Y是________(填化学式)。‎ ‎(2)银电极为电池的________极，其电极反应式为_____________________________________。‎ ‎(3)盐桥中的NO移向________溶液。‎ 答案　(1)Cu　AgNO3　(2)正　Ag＋＋e－===Ag ‎(3)Cu(NO3)2‎ 一、一次电池 只能使用一次，不能充电复原继续使用 ‎1．碱性锌锰干电池 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。‎ 负极材料：Zn。‎ 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。‎ 正极材料：碳棒。‎ 电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。‎ ‎2．纽扣式锌银电池 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。‎ 电解质是KOH。‎ 负极材料：Zn。‎ 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。‎ 正极材料：Ag2O。‎ 电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。‎ ‎3．锂电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。‎ ‎(1)负极材料为________，电极反应为_____________________________________________。‎ ‎(2)正极的电极反应为___________________________________________________________。‎ 答案　(1)锂　8Li－8e－===8Li＋‎ ‎(2)3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－‎ 二、二次电池 放电后能充电复原继续使用 ‎1．铅蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ ‎(1)放电时——原电池 负极反应：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)；‎ 正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。‎ ‎(2)充电时——电解池 阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；‎ 阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。‎ ‎2．图解二次电池的充放电 ‎3．二次电池的充放电规律 ‎(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。‎ ‎(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。‎ 三、“高效、环境友好”的燃料电池 ‎1．氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。‎ 种类 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池总反应式 ‎2H2＋O2===2H2O 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用 ‎2.燃料电池常用的燃料 H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。‎ ‎3．燃料电池常用的电解质 ‎①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；‎ ‎④熔融碳酸盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。‎ ‎4．燃料电池电极反应式书写的常用方法 第一步，写出电池总反应式。‎ 燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。‎ 如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应如下：‎ CH4＋2O2===CO2＋2H2O　①‎ CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O　②‎ ‎①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。‎ 第二步，写出电池的正极反应式。‎ 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：‎ ‎(1)酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ ‎(2)碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎(3)固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－。‎ ‎(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ 第三步，电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。‎ 应用体验 以甲烷燃料电池为例，分析不同的环境下电极反应式的书写。‎ ‎(1)酸性介质(如H2SO4)‎ 总反应式：____________________________________________________________________。‎ 负极：________________________________________________________________________。‎ 正极：________________________________________________________________________。‎ 答案　CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋‎ ‎2O2＋8e－＋8H＋===4H2O ‎(2)碱性介质(如KOH)‎ 总反应式：____________________________________________________________________。‎ 负极：________________________________________________________________________。‎ 正极：________________________________________________________________________。‎ 答案　CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O ‎2O2＋8e－＋4H2O===8OH－‎ ‎(3)固体电解质(高温下能传导O2－)‎ 总反应式：____________________________________________________________________。‎ 负极：________________________________________________________________________。‎ 正极：________________________________________________________________________。‎ 答案　CH4＋2O2===CO2＋2H2O CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O ‎2O2＋8e－===4O2－‎ ‎(1)太阳能电池不属于原电池(√)‎ ‎(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(×)‎ ‎(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(√)‎ ‎(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(×)‎ ‎(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(×)‎ ‎(6)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移(×)‎ ‎(7)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重4.8 g(√)‎ 题组一　根据图示理解化学电源的工作原理 ‎1．Li－FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是(　　)‎ A．Li为电池的正极 B．电池工作时，Li＋向负极移动 C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－‎ D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好 答案　C 解析　A项，由→发生氧化反应，可知Li为电池负极；B项，电池工作时，阳离子(Li＋)移向正极；D项，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。‎ ‎2．(2019·济南一模)如图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是(　　)‎ A．a、b极不能使用同种电极材料 B．工作时，a极的电势低于b极的电势 C．工作一段时间之后，a极区溶液的pH增大 D．b极的电极反应式为：CH3COO－＋4H2O－8e－===2HCO＋9H＋‎ 答案　D 解析　根据图示：工作时，b极上CH3COO－→HCO，碳原子从0价升至＋4价，b极是原电池的负极，则a极是电池的正极。a、b极上发生的反应为电解质溶液的变化，电极材料可同可异，A项错误；a极(正极)的电势高于b极(负极)的电势，B项错误；a极(正极)电极反应式为＋H＋＋2e－―→＋Cl－，正极每得到2 mol电子时，为使溶液保持电中性，必有2 mol H＋通过质子交换膜进入a极溶液，同时电极反应消耗1 mol H＋，故工作一段时间之后，a极区溶液中H＋浓度增大，pH减小，C项错误；据图中物质转化，考虑到质量守恒和电荷守恒关系，b极(负极)反应为CH3COO－＋4H2O－8e－===2HCO＋9H＋，D项正确。‎ ‎3.如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池的反应式为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为______________________________________________。‎ M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是____________________________________________。‎ 答案　xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　导电和隔离钠与硫 题组二　二次电池的充放电(不定项选择题)‎ ‎4．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向负极移动 答案　AD 解析　放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项正确。‎ ‎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＋‎ 答案　C 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。‎ ‎6．一种突破传统电池设计理念的镁－锑液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Mg(液)层的质量减小 B．放电时正极反应为：Mg2＋＋2e－===Mg C．该电池充电时，Mg－Sb(液)层发生还原反应 D．该电池充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动 答案　C 解析　A项，放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg(液)层的质量减小，正确；B项，正极镁离子得电子得到Mg，则放电时正极反应为：Mg2＋＋2e－===Mg，正确；C项，该电池充电时，Mg－Sb(液)层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，错误；D项，该电池充电时，阴离子向阳极移动，即Cl－向中层和下层分界面处移动，正确。‎ 题组三　燃料电池(不定项选择题)‎ ‎7.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是(　　)‎ A．a为CH4，b为CO2‎ B．CO向正极移动 C．此电池在常温下也能工作 D．正极的电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO 答案　D 解析　电极反应式如下：‎ 负极：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 正极：2O2＋8e－＋4CO2===4CO 根据图示中电子的移向，可以判断a处通入甲烷，b处通入空气，CO应移向负极，由于电解质是熔融盐，因此此电池在常温下不能工作。‎ ‎8．(2020·宝鸡联考)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。下列说法错误的是(　　)‎ A．电极a为电池的负极 B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．电路中每通过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S D．每17 g H2S参与反应，有2 mol H＋经质子膜进入正极区 答案　CD 解析　根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故电极b为正极，电极a为负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该有2 mol H2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8 L，故C错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 mol H＋经质子膜进入正极区，故D错误。‎ ‎9．熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．石墨Ⅰ为正极，石墨Ⅱ为负极 B．Y的化学式可能为N2O5‎ C．石墨Ⅰ的电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5‎ D．石墨Ⅱ上发生氧化反应 答案　BC ‎1．解答燃料电池题目的思维模型 ‎2．解答燃料电池题目的几个关键点 ‎(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。‎ ‎(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。‎ ‎(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。‎ ‎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 电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极 ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ 联系 吸氧腐蚀更普遍 理解应用 实验探究(如图所示)‎ ‎(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为___________________，‎ 右试管中现象是______________。‎ ‎(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为_____________________，‎ 右试管中现象是_________________________________________________________________。‎ 答案　(1)析氢　2H＋＋2e－===H2↑　有气泡冒出 ‎(2)吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　导管内液面上升 ‎3．金属的防护 ‎(1)电化学防护 ‎①牺牲阳极保护法——原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属；‎ b．正极：被保护的金属设备。‎ ‎②外加电流的阴极保护法——电解原理 a．阴极：被保护的金属设备；‎ b．阳极：惰性金属或石墨。‎ ‎(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。‎ 应用体验 如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为________。‎ 答案　⑤④②①③⑥‎ 解析　②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。‎ 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>有防护措施的腐蚀。‎ ‎(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，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。‎ ‎(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(×)‎ ‎(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×)‎ ‎(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(×)‎ ‎(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用(×)‎ ‎(5)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√)‎ ‎(6)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(×)‎ ‎(7)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(√)‎ 题组一　金属腐蚀的原理及实验探究 ‎1．炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．腐蚀过程中，负极是C B．Fe失去电子经电解质溶液转移给C C．正极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ D．C是正极，O2在C表面上发生还原反应 答案　D 解析　A项，铁锅中含有的Fe、C，和电解质溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe易失电子，故腐蚀过程中，负极是Fe，错误；B项，原电池中电子由负极Fe直接向正极C流动，在电解质溶液中依靠离子的移动导电，错误；C项，该原电池中，C作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，C是正极，O2在C表面上发生还原反应，正确。‎ ‎2．某同学进行下列实验 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 下列说法不合理的是(　　)‎ A．生铁片发生吸氧腐蚀 B．中心区的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ C．边缘处的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋‎ 答案　D 解析　生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，O2＋2H2O＋4e－===4OH－，生铁片发生吸氧腐蚀，故A、C两项合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，Fe－2e－===Fe2＋，故B项合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化成了氢氧化铁，故D项不合理。‎ ‎3．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是(　　)‎ 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 A.在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O B．在pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀 C．在pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀 D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 答案　A 解析　pH＞14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；pH＜4溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。‎ 根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。‎ 题组二　金属腐蚀防护措施的设计与选择 ‎4．港珠澳大桥设计寿命为120年，对桥体钢制构件采用了多种防腐措施，下列防腐措施错误 的是(　　)‎ A．用导线与石墨相连 B．用导线与电源负极相连 C．钢制构件上焊接锌块 D．表面喷涂分子涂层 答案　A 解析　A项，石墨、Fe和电解质溶液构成原电池，Fe作负极加速被腐蚀，错误；B项，将铁和电源负极相连时Fe作阴极而被保护，正确；C项，为牺牲阳极保护法，正确；D项，为增加防护层，正确。‎ ‎5．利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是(　　)‎ A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应 C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀 D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应 答案　B 解析　若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极被氧化，D项正确。‎ ‎6．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 答案　C 解析　锌环与电源的正极相连，为阳极，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。‎ ‎1．(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加 B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－‎ C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 答案　A 解析　Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变Zn2＋，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2＋和H＋迁移至铜电极，H＋氧化性较强，得电子变H2，因而[H＋]减小，A项错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH溶液作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B项正确；Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；铅蓄电池总反应式为PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。‎ ‎2．(2019·江苏，10)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，‎ 进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)‎ A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋‎ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 答案　C 解析　D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。‎ ‎3．(2020·山东等级模拟考，13)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示。H＋、O2、NO等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为nt，其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为ne。下列说法错误的是(　　)‎ A．反应①②③④均在正极发生 B．单位时间内，三氯乙烯脱去a mol Cl时ne＝a mol C．④的电极反应式为NO＋10H＋＋8e－===NH＋3H2O D．增大单位体积水体中小粒径ZVI的投入量，可使nt增大 答案　B 解析　B选项，三氯乙烯脱氯时发生的反应为CHCl===CCl2＋3H＋＋6e－===CH2==CH2＋3Cl－，故ne＝2a mol。‎ ‎4．(2019·全国卷Ⅲ，13)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn－NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。‎ 下列说法错误的是(　　)‎ A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)‎ C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)‎ D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 答案　D 解析　该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。‎ ‎5．(2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋‎ C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3‎ D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 答案　B 解析　由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。‎ ‎6．(1)[2017·北京，28(1)③]可利用原电池装置证明反应Ag＋＋Fe2＋===Ag＋Fe3＋能发生。‎ 其中甲溶液是____________，操作及现象是____________________________________。‎ ‎(2)[2016·江苏，20(1)]铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为______________。‎ ‎(3)[2016·北京理综，26(1)]用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。‎ Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。‎ ‎①作负极的物质是________。‎ ‎②正极的电极反应式是______________________________________________________。‎ 答案　(1)FeSO4溶液　分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深 ‎(2)Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O ‎(3)①铁　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O