2020届一轮复习鲁科版第6章第20讲化学能转化为电能——电池学案

2020届一轮复习鲁科版第6章第20讲化学能转化为电能——电池学案

第20讲　化学能转化为电能——电池 考纲要求　1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。‎ 考点一　原电池的工作原理及应用 ‎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。‎ ‎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、NH4NO3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。‎ ‎4．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。‎ ‎(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池(√)‎ ‎(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√)‎ ‎(3)在锌铜原电池中，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(×)‎ ‎(4)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(×)‎ ‎(5)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定做负极(×)‎ ‎(6)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(√)‎ ‎1．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。‎ ‎2．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 题组一　原电池的工作原理 ‎1．(2018·成都模拟)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、检流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　)‎ A．原电池是将化学能转化成电能的装置 B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成 C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流 D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片 答案　D 解析　D项，a极为负极，电子由负极(锌片)流出。‎ ‎2．(2015·天津理综，4)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。‎ ‎3．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做负极，③④中Fe做负极 B．②中Mg做正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑‎ C．③中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ 答案　B 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反应失去电子做负极，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；④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。‎ 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。‎ 题组二　原电池原理的应用 ‎4．(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。‎ ‎5．(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 实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动顺序是(　　)‎ 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做原电池负极，b做原电池正极，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做原电池负极，c做正极，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。‎ ‎6．(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 解析　A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼，失电子做负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，失电子做负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与土壤中的碳、水、空气构成原电池，铁失电子做负极，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子做负极，锌被腐蚀，铁被保护。‎ 题组三　聚焦“盐桥”原电池 ‎7．(2018·河北高三模拟)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c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。‎ ‎8．控制适合的条件，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；电流表读数为零时，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。‎ ‎9．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 考点二　化学电源 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，可简记为负接负后做阴极，正接正后做阳极。‎ ‎(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.解答燃料电池题目的思维模型 ‎3．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)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 ‎1．普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒做电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　)‎ A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原 B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 答案　C 解析　普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1×＝3.25 g，D项错误。‎ ‎2．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。‎ ‎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　可充电电池 ‎4．(二次电池的理解与应用)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－向正极移动 答案　A 解析　放电时Cd的化合价升高，Cd做负极，Ni的化合价降低，NiOOH做正极，则充电时Cd(OH)2做阴极，Ni(OH)2做阳极，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项错误。‎ ‎5．(2016·四川理综，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．(2018·哈师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学一模)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 ‎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．(2018·苏州联考)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下图所示。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1 mol H＋经质子膜进入正极区 答案　C 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正确。‎ ‎9．(2018·福州模拟)锌—空气燃料电池可做电动车的动力电源，电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，电解质溶液中K＋移向负极 B．放电时，电解质溶液的pH不变 C．充电时，阴极的反应为Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－‎ D．充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，则析出固体Zn为13 g 答案　C 解析　放电时，为原电池，溶液中阳离子向正极移动，即K＋向正极移动，故A错误；放电时，消耗氢氧根离子，碱性减弱，pH减小，故B错误；充电时，阴极上发生得电子的还原反应，则阴极反应为Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，故C正确；产生1 mol氧气，转移电子为4 mol，充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，转移电子的物质的量为×4‎ ‎＝0.8 mol，根据Zn～2e－，则析出固体Zn：×65 g·mol－1＝26 g，故D错误。‎ 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎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 ‎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。‎ ‎(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)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(×)‎ ‎(6)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√)‎ 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 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。‎ 题组一　金属腐蚀的原理 ‎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经外电路向正极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做正极，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．(2018·武汉质检)下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)‎ A．图1中，铁钉易被腐蚀 B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C．图3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4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 答案　C 解析　A项，图1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K3[Fe(CN)6]反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀；D项为牺牲阳极保护法，镁块相当于原电池的负极。‎ 题组二　金属腐蚀快慢比较 ‎3．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(　　)‎ A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ 答案　C 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接电源正极做阳极，Cu接电源负极做阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极做阴极，Cu接电源正极做阳极的电解腐蚀，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。‎ ‎4．一定条件下，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　A项，pH＞14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，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；C项，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；D项，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。‎ 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。‎ 题组三　金属腐蚀防护措施的设计与选择 ‎5．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，不是4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋，故D项不合理。‎ ‎6．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，锌做负极，铁做正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极做阴极被保护，C项正确；X连接电源正极做阳极被氧化，D项正确。‎ ‎7．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，做负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。‎ ‎1．(2018·全国卷Ⅲ，11)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＋(1－)O2‎ 答案　D 解析　由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为(1－)O2＋2Li===Li2O2－x。充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2，D项正确；该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B项错误；该电池放电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C项错误。‎ ‎2．(2018·全国卷Ⅱ，12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。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＋4Na??2Na2CO3＋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 答案　D 解析　根据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－===4Na＋‎ 正极反应：3CO2＋4e－===2CO＋C 充电时，阴(负)极：4Na＋＋4e－===4Na 阳(正)极：2CO＋C－4e－===3CO2↑‎ 放电时，ClO向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2。‎ ‎3．(2017·全国卷Ⅰ，11)支撑海港码头基础的钢管桩，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 答案　C 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。‎ ‎4．(2017·全国卷Ⅲ，11)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 答案　D 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反应式为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的量会越来越少直至充满电，错误。‎ ‎5．(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