原電池化學(xué)腐蝕

【35】理解原電池原理。初步了解化學(xué)電源。了解化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕及一般防腐蝕方法。1．原電池知識要點(diǎn)實(shí)例概念將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫原電池自發(fā)氧化還原反應(yīng)：ZnCuSO4=CuZnSO4實(shí)質(zhì)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能構(gòu)成前提能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)構(gòu)成條件1、有相互連接或接觸、活潑性不同的金屬（其中一種可以是非金屬）作電極2、具有電解質(zhì)溶液3、電極與電解質(zhì)溶液接觸構(gòu)成通路電極構(gòu)成相對活潑的易失電子的電極作負(fù)極，另一導(dǎo)體作正極負(fù)極：Zn板正極：Cu板電流方向電子由負(fù)極流向正極，電流方向是由正極流到負(fù)極（外電路）電子流向：由Zn→導(dǎo)線→Cu電流方向：由Cu→導(dǎo)線→Zn電極反應(yīng)負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中氧化性較強(qiáng)的微粒在正極上得電子而發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)式：Zn-2e-=Zn2正極反應(yīng)式：Cu22e-=Cu總反應(yīng)式正、負(fù)極分別發(fā)生的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)綜合起來所得總式ZnCu2=Zn2Cu應(yīng)用1、制作多種電池2、加快化學(xué)反應(yīng)速率，如可利用原電池原理設(shè)法讓參加反應(yīng)的金屬充當(dāng)原電池的負(fù)極而使其腐蝕速率加快3、據(jù)原電池原理防護(hù)金屬，如使被保護(hù)的金屬當(dāng)原電池的正極，使其受到保護(hù)如干電池、蓄電池、高能電池等如用粗鋅代替純鋅制氫氣，反應(yīng)速率快如Fe→Cu連接處于電解質(zhì)溶液中，則Cu受到保護(hù)2．金屬的腐蝕與防護(hù)1金屬腐蝕的實(shí)質(zhì)：金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。其實(shí)質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程：M-ne-=Mn。。2金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。3化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)：金屬和非電解質(zhì)或其它物質(zhì)相接觸直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕。其腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生。4電化學(xué)腐蝕實(shí)質(zhì)：不純金屬或合金在電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕過程有電流產(chǎn)生。5腐蝕的常見類型①析氫腐蝕在酸性條件下，正極發(fā)生2H2e-=H2↑反應(yīng)。②吸氧腐蝕在極弱酸或中性條件下，正極發(fā)生2H2OO24e-=4OH-反應(yīng)。若負(fù)極金屬不與電解質(zhì)溶液發(fā)生直接的反應(yīng)，則形成吸氧腐蝕的原電池反應(yīng)。如生鐵浸入食鹽水中，會形成許多微小的原電池。6金屬防護(hù)的幾種重要方法①改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)，將金屬制成合金，增強(qiáng)抗腐蝕能力。②在金屬表面覆蓋保護(hù)保護(hù)層，使金屬和周圍物質(zhì)隔離開來。③電化學(xué)保護(hù)法：利用電化學(xué)反應(yīng)使金屬鈍化而受到保護(hù)，或者利用原電池反應(yīng)將需要保護(hù)的金屬作為電池的正極而受到保護(hù)。7金屬腐蝕速率大?。弘娊獬仃枠O＞原電池負(fù)極＞化學(xué)腐蝕＞原電池正極＞電解池陰極。例1下列于化學(xué)有關(guān)的敘述正確的是（）A銅鋅原電池中，銅為負(fù)極與在一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡時，生成C1mo/LAC3溶液中，鋁離子物質(zhì)的量濃度為1mo/L中含1mo氧原子【解析】一般情況下，活潑金屬作原電池負(fù)極，銅鋅原電池中，鋅為負(fù)極，A錯。N2與H2在一定條件下的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)100％，B錯。1mo/LAC3溶液中，鋁離子要水解而消耗一部分，所以鋁離子物質(zhì)的量濃度要小于1mo/L，C錯。18gH2O的物質(zhì)的量為1mo，其中含1mo氧原子，D正確?！敬鸢浮緿【點(diǎn)評】考查電解質(zhì)溶液、化學(xué)平衡等基礎(chǔ)理論及物質(zhì)的量這一基本概念相關(guān)內(nèi)容，難度不大，但綜合性較往屆同類試題要強(qiáng)。例2下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是（） A．a(chǎn)電極是負(fù)極 B．b電極的電極反應(yīng)為：4OH－-4e－=2H2OO2↑ C．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置【解析】氫氧燃料電池總反應(yīng)是2H2O2=2H2O，觀察氫氧燃料電池原理示意圖，a電極上氫氣參與反應(yīng)，發(fā)生氧化，所以a電極是負(fù)極，電極反應(yīng)為：2H＋-e－=H2。O2是正極，電極反應(yīng)為：O22H2O4e－=4OH－。所以B不正確。氫氧燃料電池不會產(chǎn)生污染物，是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源。氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)，使用時通入H2、O2發(fā)生反應(yīng)即可?！敬鸢浮緽【點(diǎn)評】考查原電池原理，原電池是在兩個電極上發(fā)生氧化—還原反應(yīng)。較活潑的金屬失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑金屬通過導(dǎo)線流向較不活潑金屬，電解質(zhì)溶液中的陽離子或O2在較不活潑的金屬上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。只要明確這一原理，便可準(zhǔn)確判斷出正負(fù)極。例3堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電流總反應(yīng)式為：Zn＋2MnO2＋H2O＝ZnOH2＋Mn2O3下列說法錯誤的是（） A．電池工作時，鋅失去電子 B．電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO2＋H2O＋2e＝Mn2O3＋2OHaq C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極 D．外電路中每通過02mo電子，鋅的質(zhì)量理論上減小65g【解析】電池工作時，可看作是原電池，鋅為負(fù)極，失去電子：Zn－2e＝Zn2，由此可知每通過02mo電子，鋅減小0mo，即65g，故A、D正確。正極為MnO2，B的電極反應(yīng)式是正確的，因?yàn)檎龢O得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。在原電池中，電子流動的方向與電流方向相反，電子應(yīng)從負(fù)極流出，通過外電路流向正極，故C是錯誤的。【答案】C【點(diǎn)評】本題可以不必寫出正極、負(fù)極的電極反應(yīng)式而確定答案。該電池的電解液為KOH溶液，結(jié)合總反應(yīng)式可寫出負(fù)極反應(yīng)式：Zn2OHaq-2e==ZnOH2，用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式，可得到正極反應(yīng)式：2MnO2＋H2O＋2e＝Mn2O3＋2OHaq。例4氫能源是21世紀(jì)極其具發(fā)前景的新能源之一，它既是綠色能源，又可循環(huán)使用。請?jiān)谙聢D的兩個空格中填上循環(huán)過程中反應(yīng)物和生成物的分子式，以完成理想的氫能源循環(huán)體系圖（循環(huán)中接受太陽能的物質(zhì)在自然界中廣泛存在）。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，過程Ⅱ主要是能轉(zhuǎn)化為能。【解析】分析圖示，結(jié)合題給信息，可推測，循環(huán)中接受太陽能的物質(zhì)在自然界中廣泛存在的應(yīng)是水，氫、氧燃料電池釋放能量后生成了水，符合能量循環(huán)要求，燃料電池釋放能量的原理是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能?！敬鸢浮縃2O；H2、O2；化學(xué)；電?！军c(diǎn)評】本題是一道涉及能量轉(zhuǎn)化的信息題，考查學(xué)生原電池相關(guān)知識。此裝置是水在太陽能、催化劑的作用下分解成氫氣和氧氣，然后在電池中燃燒又重新生成水。所以說它是極其具發(fā)前景的綠色能源。1．注意化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的區(qū)別?；瘜W(xué)腐蝕電化腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍2．原電池原理的其它應(yīng)用。1制造各類電池。對于許多新型電池，教材中并沒有介紹，如果在試題中出現(xiàn)，同學(xué)們往往不會判斷正、負(fù)極?，F(xiàn)介紹兩種確定原電池電極名稱的方法。方法一：根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定。通常是①對于金屬——金屬電極，活潑金屬是負(fù)極，不活潑金屬是正極；②對于金屬——非金屬電極，金屬是負(fù)極，非金屬是正極，如干電池等；③對于金屬——化合物電極，金屬是負(fù)極，化合物是正極。方法二：根據(jù)電極反應(yīng)的本身確定。失電子的反應(yīng)→氧化反應(yīng)→負(fù)極；得電子的反應(yīng)→還原反應(yīng)→正極。2判斷金屬的活潑性。如果是兩金屬作電極，負(fù)極是相對活潑的易失電子的金屬。但也不絕對，有時要根據(jù)與電解質(zhì)溶液作用的實(shí)際情況來確定。如：鎂、鋁作電極，電解質(zhì)溶液是NaOH溶液時，較活潑的鎂卻作了正極，原因是鋁與NaOH溶液反應(yīng)而失電子，而鎂不與NaOH溶液反應(yīng)。3加快反應(yīng)速率。如：純鋅粒和稀硫酸反應(yīng)比較緩慢，加銅棒或CuSO4溶液，加快反應(yīng)速率。1．下列裝置中，電流計G中有電流通過的是（）答案：D提示：A、兩極分別在兩個容器中，未形成通路，所以G中無電流通過。C、因?yàn)閮蓚€電極材料相同，沒有電位差，不產(chǎn)生電流，所以G中無電流通過。D、滿足構(gòu)成原電池的條件，所以G中有電流通過。2．有A、B、C、D四種金屬，將A與B用導(dǎo)線聯(lián)結(jié)起來，浸入電解質(zhì)溶液中，B不易被腐蝕；將A、D分別投入到等濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈；將銅浸入B的鹽溶液中無明顯變化；將銅浸入C的鹽溶液中，有金屬C析出。據(jù)此可推知它們的金屬活動性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋ǎ〢．D＞C＞A＞BB．D＞A＞B＞CC．D＞B＞A＞CD．B＞A＞D＞C答案：B提示：根據(jù)原電池原理，較活潑金屬作負(fù)極，較不活潑金屬作正極，B不易被腐蝕，說明B為正極，金屬活動性A＞B。另可比較出金屬活動性D＞A，B＞C。故答案為B項(xiàng)。3．以下現(xiàn)象與電化腐蝕無關(guān)的是（）A．黃銅銅鋅合金制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠B．生鐵比軟鐵芯幾乎是純鐵容易生銹C．鐵制器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹D．銀質(zhì)獎牌長期放置后在其獎牌的表面變暗答案：D提示：A黃銅銅鋅合金若發(fā)生電化腐蝕時，被腐蝕的金屬應(yīng)是較活潑的鋅而不是銅，B生鐵中含較多的碳，比軟鐵芯幾乎是純鐵在電解質(zhì)作用下更容易形成原電池，也更容易生銹。C鐵質(zhì)器件附有銅配件時，在接觸電解質(zhì)溶液時，鐵是原電池的負(fù)極，易被腐蝕生成鐵銹。D銀質(zhì)獎牌久置后是和空氣中含硫的化合物而生成銀元素的硫化物使其表面變暗，這是化學(xué)腐蝕，與電化腐蝕無關(guān)。4．燃料電池是燃料如CO，H2，CH4等跟氧氣或空氣起反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，電解質(zhì)溶液是強(qiáng)堿溶液，下面關(guān)于甲烷燃料電池的說法正確的是（）A．負(fù)極反應(yīng)式：O22H2O4e-==4OH-B．負(fù)極反應(yīng)式：CH48OH--8e-==CO26H2OC．隨著放電的進(jìn)行，溶液的LLLH=3的醋酸及少量的膽礬粉末。若反應(yīng)終了，生成氫氣的體積一樣多，且沒有剩余的Zn，請用“>”“=”“乙>丙4丙中形成Zn—Cu原電池提示：此題將弱電解質(zhì)電離平衡、