新高考化學一輪復習 第5章第3節(jié) 化學能轉(zhuǎn)化為電能-電池教學案 魯科版

第3節(jié)化學能轉(zhuǎn)化為電能一一電池

課標解讀要點網(wǎng)絡

1.理解原電池的構成、工作原理及應用,

能寫出電極反應和總反應方程式。

2.了解常見化學電源的種類及其工作原一次電池

理。二次電池--

燃料電池」

3.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金應用：加快反應，金國防護等

屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。

A歸級必備知識?關鍵能力落實知識培養(yǎng)能力

BIBEIZHISHIGUANJIANNENGLI

喏&兔1原電池工作原理及其應用

【必備知識?落實】

1.原電池的構成

(1)概念和反應本質(zhì)

電化學上將這種能把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為原電池。

(2)構成條件

能發(fā)生包出蚯的氧化還原反應(i般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液

反應

反應)

電極一般是活潑性不同的兩電極(金屬或石墨)

①電解質(zhì)溶液

閉合

②兩電極直接或間接接觸

回路

③兩電極插入電解質(zhì)溶液中

2.原電池的工作原理

如圖是CuZn原電池，請?zhí)羁?

(1)兩裝置的差別

①圖1中Zn在CuSOi溶液中直接接觸Ci?+,會有一部分Zn與Ci?+直接反應，該裝置中

既有化學能和電能的轉(zhuǎn)化,又有一部分化學能轉(zhuǎn)化成了熱能,裝置的溫度會升高，電能效率

低。

②圖II中Zn和CuSO,溶液分別在兩個池中，Zn與Ci?+不直接接觸，不存在Zn與Cu2+

直接反應的過程，所以僅是化學能轉(zhuǎn)化成了電能,電流穩(wěn)定，且持續(xù)時間長，電能效率高。

(2)反應原理

電極名稱負極正極

電極材料ZnCu

電極反應Zn—2e=Zn2*Cu21+2e=Cu

反應類型氧化反應還原反應

(3)原電池中的三個方向

①電子方向：從負極流出沿導線流入正極。

②電流方向：從正極沿導線流向魚極。

③離子的遷移方向：電解質(zhì)溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。

(4)鹽橋作用

①連接內(nèi)電路，形成閉合回路。

②平衡電荷(鹽橋中陰離子移向負極，陽離子移向正極)，使原電池不斷產(chǎn)生電流。

3.原電池原理的應用

(1)比較金屬活動性強弱

兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。

(2)加快氧化還原反應的速率

一個自發(fā)進行的氧化還原反應,設計成原電池時反應速率加快。例如，在Zn與稀硫酸

反應時加入少量CuSOi溶液能使產(chǎn)生H?的反應速率加快。

(3)設計制作化學電源

①首先將氧化還原反應分成兩個半反應。

②根據(jù)原電池的反應特點，結(jié)合兩個半反應找出正、負極材料和電解質(zhì)溶液。

如Cu+2AgN0：；=2Ag+Cu(N03)2,負極用也，正極用Ag或C等,AgNth為電解質(zhì)溶液。

［補短板］

(1)原電池反應必須是氧化還原反應，但自行發(fā)生的氧化還原反應并不一定是電極與電

解質(zhì)溶液反應，也可能是電極與溶解的氧氣等發(fā)生反應，如將鐵與石墨相連插入食鹽水中。

(2)在理解形成原電池可加快反應速率時，要注意對產(chǎn)物量的理解，Zn與稀硫酸反應時

加入少量CuSO,溶液，鋅足量時，不影響產(chǎn)生比的物質(zhì)的量，但稀硫酸足量時，產(chǎn)生H2的物

質(zhì)的量要減少。

(3)原電池的正極和負極與電極材料的性質(zhì)有關，也與電解質(zhì)溶液有關，不要形成活潑

電極一定作負極的思維定勢。如在Mg-NaOH(aq)-Al原電池中A1為負極；在Cu—濃硝酸

一Fe(Al)原電池中Cu為負極。

［基礎判斷］

(1)在化學反應中，所有自發(fā)的放熱反應均可以設計成原電池。()

⑵在Mg-NaOH(aq)—A1電池中負極反應為A1—3/+40曠=人10r+240。()

(3)在原電池中，正極本身一定不參與電極反應，負極本身一定要發(fā)生氧化反應。()

(4)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生。

()

(5)含鹽橋的原電池工作時，鹽橋中的陽離子向負極遷移。()

［答案］⑴X(2)V(3)X(4)X(5)X

［知識應用］

1.在如圖所示的5個裝置中，不能形成原電池的是(填序號)。③裝置發(fā)

生的電極反應式為_______________________________________________

qZn(含石墨)ZnZnC|FecjFeRZn

<Hn1<

三三---

二二二髭

稀HzSO.HC1溶液稀HzSO,酒精稀HzSO.

①②③④⑤

［答案］②④負極：Fe—2e=Fe”,正極：2H++2e-=H2t

2.依據(jù)氧化還原反應：2Ag+(aq)+Cu(s)=C/+(aq)+2Ag(s)設計的原電池如圖所示

(鹽橋為盛有KNOa瓊脂的U形管)。

CU(NO)2溶液Y

請回答下列問題：

(1)電極X的材料是；電解質(zhì)溶液Y是(填化學式)o

(2)銀電極為電池的________極，其電極反應為

⑶鹽橋中的NO；移向溶液。

+

［答案］(l)CuAgNCh溶液(2)正Ag+e-=Ag(3)Cu(N03)2

【關鍵能力?培養(yǎng)】

命題點1原電池的工作原理

1.(2019?武漢調(diào)研)下列裝置為某實驗小組設計的CuZn原電池，下列說法錯誤的是

)

A.裝置甲中電子流動方向為：Zn-電流表fCu

B.裝置乙比裝置甲提供的電流更穩(wěn)定

C.裝置乙鹽橋中可用裝有瓊膠的Na￡Q,飽和溶液

D.若裝置乙中鹽橋用鐵絲替代，反應原理發(fā)生改變

C［裝置甲中Zn電極為負極，Cu電極為正極，電子從負極流出經(jīng)導線流入正極，故電

子流動方向：Zn-電流表fCu,A項正確；裝置甲中Zn與CuSOi溶液直接反應生成的Cu會

附著在Zn電極上，使電池效率降低，裝置乙為帶有鹽橋的原電池，氧化反應和還原反應在

兩池中分別發(fā)生，提供的電流更穩(wěn)定，B項正確；裝置乙鹽橋中若用裝有瓊膠的Na￡。,飽和

溶液，則COT向ZnSO,溶液中遷移，ZnSO,溶液中會產(chǎn)生沉淀，C項錯誤；若裝置乙中鹽橋用

鐵絲替代，則形成兩個串聯(lián)的原電池，反應原理改變，D項正確。］

2.（雙選）（2019?海淀區(qū)模擬）全銳電池以惰性材料作電極，在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的原

2+3+

電池反應為V0：（黃色）+V（紫色）+2H+=V（r（藍色）+H20+V（綠色）。

c（H*）=2m。卜L",

陰離子為SO：

下列說法不正確的是（）

A.正極反應為VO2+2n++e-=V（）2++H2O

B.負極附近的溶液由紫色逐漸變?yōu)樗{色

C.反應每生成1mol壓0時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.5mol

D.原電池使用過程中溶液的pH逐漸增大

BC［由電池總反應V0：（黃色）+嚴（紫色）+2H+=V02+（藍色）+上0+

/+（綠色）可得，VOt為正極的活性物質(zhì)，V?+為負極的活性物質(zhì)，所以左室為正極室，右室

為負極室。正極反應為V0f+2H++e-=V（）2++H20,A項正確；負極反應為丫②+一/二丫計，

所以負極附近溶液的顏色由紫色逐漸變?yōu)榫G色，B項錯誤；由電極反應VO!+2H++e-=V（）2

'+HQ可知，反應每生成1mol出0時轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol,C項錯誤；由原電池

總反應可知，反應過程中

H+被不斷消耗，所以溶液的pH逐漸增大，D項正確。］

3.（2019?廈門模擬）將反應2Fe3++2「=±2Fe2++l2設計成如圖所示的原電池。

靈敏檢流計

r~0I

石墨、/石墨

--傷含）

FeClj:出和KC1

溶液、的鹽橋

甲乙

下列說法不正確的是（)

A.鹽橋中的K+移向FeCh溶液

B.反應開始時，乙中石墨電極反應式為2r—2e-=h

C.檢流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)

D.檢流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCk固體，乙中石墨電極為負極

D［A項，甲池中石墨電極為正極，乙池中石墨電極為負極，鹽橋中陽離子向正極移動,

所以K+向FeCL溶液遷移，正確；B項，反應開始時，乙中「失去電子，發(fā)生氧化反應，正

確；C項，當檢流計讀數(shù)為零時，說明沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，反應達到平衡，正確；D項，當

加入Fe",導致平衡逆向移動，則Fe,+失去電子生成Fe時,作為負極，而乙中石墨成為正

極，錯誤。］

題后歸納?

原電池的工作原理簡圖

_I

髓鑿鑿囂

陽離子一

，一陰離子,

—?電解質(zhì)溶液I~~

注意：①若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)。

②若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向

正極。

命題點2原電池原理的應用

4.等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,分別加入過量的稀也SO,中，同時向a中滴入少量的CuSCh

溶液，如圖表示產(chǎn)生H2的體積（。與時間（。的關系，其中正確的是

（）

D［a中Zn與CuSO,溶液反應置換出Cu,Zn的量減少，產(chǎn)生H?的量減少，但Zn、Cu

和稀H￡0,形成原電池，加快反應速率，D項圖示符合要求。］

5.M、N、P、E四種金屬，已知I：①M+N"=N+M2+；②M、P用導線連接放入NaIISO)

溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應為

E"+2e-=E,N—2e-=N”。則這四種金屬的還原性由強到弱的順序是()

A.P>M〉N>EB.E>N>M>P

C.P>N>M>ED.E>P>M>N

A[由①知，金屬活動性：M>N；M、P用導線連接放入NaHSO,溶液中，M表面有大量氣

泡逸出，說明M作原電池的正極，故金屬活動性：P>M；N、E構成的原電池中，N作負極，

故金屬活動性：N>E?]

6.設計原電池裝置證明Fe計的氧化性比O?+強。

(1)負極反應式：。

(2)正極反應式：。

(3)電池總反應方程式：?

(4)在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：

①不含鹽橋

②含鹽橋

［答案］(l)Cu—2e-=Ci?+

(2)2Fe3++2e-=2Fe2+

⑶2Fe"+Cu=2Fe2++Cu2+

思維模型?

原電池設計的一般思路

(1)正、負極材料的選擇：根據(jù)氧化還原關系找出正、負極材料，一般選擇活潑性較強

的金屬作為負極；活潑性較弱的金屬或可導電的非金屬(如石墨等)作為正極。

(2)電解質(zhì)溶液的選擇：電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應，或者電解質(zhì)溶液中溶

解的其他物質(zhì)能與負極發(fā)生反應(如溶解于溶液中的空氣)。但如果氧化反應和還原反應分別

在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則兩個容器中的電解質(zhì)溶液一般選擇與電極材料相同的

陽離子溶液。

(3)畫裝置圖：注明電極材料與電解質(zhì)溶液。但應注意鹽橋不能畫成導線，要形成閉合

回路。

喏述息2常見化學電源的工作原理

【必備知識?落實】

i.一次電池

(D堿性鋅鎰干電池

堿性鋅鎰干電池的負極是Zn,正極是MnO2,電解質(zhì)是KOH,其電極反應如下：

負極：Zn+201「-2e—=ZnO+IbO；

正極：Mn0z+2HQ+2e-=Mn(OH)z+ZOFT；

總反應：Zn+Mn02+H20^Zn0+Mn(OH)2。

(2)銀鋅電池

銀鋅電池的負極是Zn,正極是Ag?0,電解質(zhì)是KOH,其電極反應如下：

負極：Zn+20H—2e-=Zn(0H)2；

正極：AgQ+H20+2e-=2Ag+20H-；

總反應：Zn+Ag20+H2O=Zn(OIl)2+2Ag?

(3)鋰電池

鋰電池是用金屬鋰作負極，石墨作正極，電解質(zhì)溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCL,)溶解在亞

硫酰氯(SOC1。中組成。其電極反應如下：

負極：8Li—8e^^8L1；

正極：3SOCl?+8e=6C1+S0F+2S；

總反應：8Li+3soek=6LiCl+Li2soa+2S。

2.二次電池

放電

鉛蓄電池是最常見的二次電池，總反應為Pb(s)+PbO2(s)+2H2S0,(aq)^^2PbS0,(s)

+2H20(l)

Pb(8)-2e-+SOi-(aq)=PbSO4(s)PbS04(s)+2e-=Pb(8)+S0i-(aq)

(負舉反應)―-A(陰極4應)

放電落(方電)

電

(正翼反應)----—卜陽極幺應)

也

PbO2(*)XH?(aq)+S(￥-(aq)+2e-PbSO*)+2H2O(l)-2e-=PbOz(s)+

PbSOKs)+2H2O(l)4H+(aq)+S0f(aq)

［補短板］

⑴二次電池充電時的電極連接

連接

/負極：氧化反應一??還原反應:陰極\(一)

放電〈，充電-電源

,正極：還原反應一氧化反應:陽極/(+)

連接

即正極接正極，負極接負極。

(2)充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電時的陽極反應與放電時的正

極反應相反，充電時的陰極反應與放電時的負極反應相反。

3.燃料電池

燃料電池中的常見燃料有氫氣、燒(CH」、GHe)、燒的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金屬(Al、

Li等)，燃料在電池中的負極發(fā)生反應。

以氫氧燃料電池為例

介質(zhì)酸性堿性

2H-4e"=4H+-

負極反應式22H2+40H-4e-=4H20

+-

正極反應式02+4H+4e=2H2002+2H20+4e~=40H"

電池總反應式2H2+02=2H20

注意：①燃料電池的電極不參加電極反應，通入的燃料發(fā)生負極反應，發(fā)生正極反應。

②書寫電極反應式時，注意介質(zhì)參與的反應。

［知識應用］

1.某堿性蓄電池的總反應式為

放電

Fe+Ni203+3H20^^Fe(OH)2+2Ni(0H)2?

寫出充、放電時電極反應式：

(1)放電時：負極：_______________________________________________

正極：?

(2)充電時：陰極：_______________________________________________

陽極：。

［答案］(l)Fe-2e-+20I「=Fe(0H)2

Ni203+2e-+3H20=2Ni(0H)2+20H-

⑵Fe(OH)2+2e*=Fe+20H-

-

2Ni(0H)2+20H-2e-=Ni203+3H20

2.以甲醇為燃料，寫出下列介質(zhì)中的電極反應式

I"正極?

(1)酸性溶液(或，含質(zhì)子交換膜)L,1一

［負極：____________________________

'正極.

(2)堿性溶液心顯

I負極：

固體氧化物

(3)

(其中O'-可，以在固體介質(zhì)，中自由移動)

，正極：___________________________

__________________________________________________________________________f

,負極：

X.；

熔融碳酸(正極(通入C02)：，

(4)

鹽(c(r)［負極：o

3

［答案］⑴正極：/+6屋+6H+=3乩0

+

負極：CH30H-6e"+H20=C02+6H

3

⑵正極：92+61+3H2()=60H

-

負極：CIhOH—6e一+80H=C0r+6II20

3

_2_

(3)正極:^02+6e=30

2-

負極：CH30H-6e"+30=C02+2H20

3

(4)正極：^02+6e-+3C02=3C03

-

負極：CILOH-6e+3COr=4CO2+2H20

題后歸納?

化學電源中電極反應式書寫的一般方法

(1)明確兩極的反應物；

(2)明確直接產(chǎn)物：根據(jù)負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產(chǎn)物；

(3)確定最終產(chǎn)物：根據(jù)介質(zhì)環(huán)境和共存原則，找出參與的介質(zhì)微粒，確定最終產(chǎn)物;

(4)配平：根據(jù)電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。

注意：①H+在堿性環(huán)境中不存在；②。2-在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合1廣，生

成比0,在中性或堿性環(huán)境結(jié)合HQ,生成；③若己知總反應式時，可先寫出較易書寫的

一極的電極反應式，然后在電子守恒的基礎上，總反應式減去較易寫出的一極的電極反應式,

即得到較難寫出的另一極的電極反應式。

【關鍵能力?培養(yǎng)】

命題點1一次電池與二次電池的工作原理分析

1.0?輔助的A1C0?電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效利用COz,電池反

-

應產(chǎn)物AkCO,"是重要的化工原料。該電池多孔碳電極的反應式為602+6e=607,6C02

+60J=3CQj+602?該裝置工作時下列說法不正確的是（）

co2

02

含A1CL的尚子液體

A.多孔碳電極有利于氣體擴散至電極表面

B.鋁電極上的電勢比多孔碳電極上的高

C.反應過程中5的作用是催化劑

D.該電池的總反應式為：2A1+6c02=Ak（C20,）3

B［多孔碳電極可以增大與氣體的接觸面積，有利于氣體擴散至電極表面，A項正確：

鋁電極為負極，多孔碳電極為正極，因此鋁電極的電勢比多孔碳電極的電勢低，B項錯誤；

根據(jù)多孔碳電極的反應式可知，正極總反應為6co2+6e-=3Q0『，0,不參與正極的總反應,

其作用是催化劑，C項正確；鋁電極為負極，負極反應為2Al-6e-=2Al'+,正極總反應為

-

6C02+6e=3C20r,貝U電池總反應為2A1+6coz=A12（C2（）,）3,D項正確。］

2.（2019?濟寧模擬）一種可充電鈣離子電池放電時的工作原理如圖所示，其中以Ca￡ne

和石墨烯為電極材料，以溶有六氟磷酸鈣［Ca（PF6）2］的碳酸酯類溶劑為電解質(zhì)溶液。下列說

法正確的是（）

C^Sn.石梟烯

A.放電時，石墨烯為負極

B.放電時，外電路電子由石墨烯電極流向CaiSne電極

C.充電時，電解質(zhì)溶液中的PFJ向石墨烯電極區(qū)遷移

D.充電時，a電極的電極反應式為C@7Sn6—14e-=7Ca"+6Sn

C［由題圖中離子移動方向知，電池放電時，Ca?Sn6為負極，石墨烯為正極，A項錯誤;

放電時，外電路電子由Ca?Sn6電極流向石墨烯電極，B項錯誤；電池充電時電解質(zhì)溶液中的

PF；向石墨烯電極區(qū)遷移，C項正確；充電時，a電極的電極反應式為7Ca?++6Sn+141

=Ca7Sn6,D項錯誤。］

3.（雙選）（2019?陜西六校聯(lián)考）摩拜單車可利用車籃處的太陽能電池板向智能鎖中的

鋰離子電池充電，鋰離子電池反應原理為LiCo02+6C靛ii-CoOz+Li,Ce,裝置示意圖如

圖所示。

下列說法錯誤的是（）

A.充電時，陰極質(zhì)量增加，發(fā)生還原反應

B.充電時，電路中每有1mol電子通過，則有1molLi*通過聚合物電解質(zhì)膜移向左

側(cè)

C.該鋰離子電池放電時，化學能轉(zhuǎn)化為電能

D.放電時，正極的電極反應式為LiCoOz—xe-=Lii-￡o02+iLi+

BD［充電時，陰極的電極反應式為6C+ALi++xe-=LiC,陰極質(zhì)量增加，發(fā)生還原

反應，A正確；充電時，電路中每有1mol電子通過，則有1molLi卡由裝置左側(cè)通過聚合

物電解質(zhì)膜移向右側(cè)，B錯誤；該鋰離子電池放電時，化學能轉(zhuǎn)化為電能，C正確；放電時,

正極應該是Li-EoOz得電子發(fā)生還原反應，D錯誤。］

命題點2應用廣泛的各類燃料電池的工作原理分析

4.某種熔融碳酸鹽燃料電池以LizCOs、K2CO3為電解質(zhì)、以CH,為燃料時，該電池工作

原理如圖。下列說法正確的是（）

A.a為CH”b為CO?

B.CO;向正極移動

C.此電池在常溫下也能工作

D.正極的電極反應式為02+2C02+4e-=2C07

D［電極反應式如下：

-

負極：CHi-8e+4C0r=5C02+21LO

正極：20z+8e-+4co2=4C0r

根據(jù)圖示中電子的移向，可以判斷a處通入甲烷，b處通入空氣，COT應移向負極，由

于電解質(zhì)是熔融鹽，故此電池在常溫下不能工作。］

5.（2019?湖北七市聯(lián)考）現(xiàn)有二氧化硫空氣質(zhì)子交換膜燃料電池，其原理如圖所示。

下列說法不正確的是（）

S0「空氣質(zhì)子交換膜燃料電池的原理圖

A.該電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合

B.該電池工作時質(zhì)子從Ptl電極經(jīng)過內(nèi)電路流到Pt2電極

C.Ptl電極附近發(fā)生的反應為SO2+2H2O—2e^=S0：+

4H+

D.Pt2電極附近發(fā)生的反應為。2+2屋+2H20=4產(chǎn)

D［二氧化硫空氣質(zhì)子交換膜燃料電池，吸收了空氣中的二氧化硫起到了環(huán)保的作用，

產(chǎn)物中有硫酸，而且發(fā)電，A項不符合題意；SO?失去電子生成S0;，失電子，為負極，在

原電池中，陽離子向正極移動，H*從Ptl（負極）向Pt2（正極）移動，B項不符合題意；S02

失去電子生成S07，電解質(zhì)溶液為酸性，根據(jù)得失電子守恒，負極的方程式為S0Z+2H20-

2e-=S0r+4H+,C項不符合題意；選項中的方程式。2+2屋+2H2。=4f，電荷不守恒，

應該為。2+4r+4H+=2HQ,D項符合題意。］

6.（雙選）（2019?貴陽模擬）一種以液態(tài)肺（NN）為燃料的電池裝置如圖所示，該電池用

空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液。下列關于該電池的敘述正確的是

（）

A.b電極是正極

-

B.a電極的電極反應式：N2HI+40H+4e-=N2t+4H20

C.放電時，電子從a電極經(jīng)過負載流向b電極

D.電池工作時，K*從正極移向負極

AC［燃料電池中正極上通入空氣，故b電極為正極，A項正確；a電極為負極，負極上

2乩發(fā)生氧化反應：N2HL4e-+40fT=N2t+4HOB項錯誤；放電時，電子從負極(a電極)

經(jīng)過負載流向正極(b電極)，C項正確；該裝置交換膜為陰離子交換膜，電池工作時，0H

從正極移向負極，D項錯誤。］

思維模型?

燃料電池電極反應式書寫模板

(1)首先寫出正極反應式

①酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應式：

+-

02+4H+4e=2H20；

②堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應式：

-

02+2H20+4e=40ir；

③固體氧化物電解質(zhì)(高溫下能傳導0")環(huán)境下電極反應式：02+4e-=

2(r；

④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應式：

-

02+2C02+4e=2C0r?

(2)根據(jù)總反應式減去正極反應式確定負極反應式。

命題點3原電池原理在實際生活中的應用

7.FFC劍橋法可由金屬氧化物直接電解制備金屬單質(zhì)，西北稀有金屬材料研究院利用

此法成功電解制備鋁粉(Ta),其原理如圖所示。下列說法正確的是

()

A.該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為電能

B.a極為電源的正極

C.TaQs極發(fā)生的電極反應為Ta205+10e~=2Ta+50^

D.石墨電極上生成22.4LO2,則電路中通過的電子數(shù)為4X6.02X1()23

C［由題給裝置可知，該裝置有外接電源，屬于電解池，可將電能轉(zhuǎn)化為化學能，A項

錯誤；由0"移動方向可知，TaQ極為陰極，則a極為電源的負極，B項錯誤；TaG極發(fā)生

還原反應，電極反應式為Taz()5+10e-=2Ta+5(r,C項正確；石墨電極發(fā)生的電極反應為

2()2--4e-=02f(石墨電極與生成的氧氣進一步反應生成CO、COJ,題中沒有說明在所處

的溫度和壓強，無法計算氧氣的物質(zhì)的量和電路中通過的電子數(shù)，D項錯誤。］

8.（2019?肇慶模擬）如圖是利用一種微生物將廢水中的有機物（如淀粉）和廢氣NO的化

學能直接轉(zhuǎn)化為電能，下列說法中一定正確的是（）

I--------------XY-------------1

陽離子交換膜

?微生物

已有機廢水

SH*

A.質(zhì)子透過陽離子交換膜由右向左移動

B.電子流動方向為N-Y-X-M

C.M電極反應式：（C6H,o05）?+77?H20-24ne"=6nC02t+24nH*

D.當M電極微生物將廢水中16.2g淀粉轉(zhuǎn)化掉時，N電極產(chǎn)生134.4L附（標準狀況

下）

C［由題給信息可知，該裝置為原電池，由圖可得：電解質(zhì)溶液為酸性溶液，NO發(fā)生

還原反應生成甌因為原電池中，正極上得電子發(fā)生還原反應，負極上失電子發(fā)生氧化反應,

則N為正極，M為負極，質(zhì)子透過陽離子交換膜由負極區(qū)移動到正極區(qū)，即由左向右移動，

A錯誤；電子從負極（M極）流出，經(jīng)外電路到X,經(jīng)Y流入正極（N極），B錯誤；16.2g淀粉

（即0.1molCeHioOs）反應，轉(zhuǎn)移2.4mol電子，因為正極（N極）反應為2N0+4H-+46-=岫

+2IL0,則N電極產(chǎn)生0.6mol氮氣，在標準狀況下的體積為13.44L,D錯誤。］

9.（雙選）（2019?廈門第一次質(zhì)量檢測）鐵碳微電解技術是利用原電池原理處理酸性污

水的一種工藝，裝置如圖。若上端開口關閉，可得到強還原性的（氫原子）；若上端開口

打開，并鼓入空氣，可得到強氧化性的（羥基自由基）。下列說法錯誤的是（）

A.無論是否鼓入空氣，負極的電極反應式均為Fe—3e.==Fe3+

B.不鼓入空氣時，正極的電極反應式為

C.鼓入空氣時，每生成1mol?0H有2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移

D.處理含有草酸（IMQJ的污水時，上端開口應打開并鼓入空氣

AC［根據(jù)鐵碳微電解裝置示意圖可知，F(xiàn)e為原電池負極，發(fā)生氧化反應為Fe—2/

=Fe",故A錯誤；由題意可知上端開口關閉，可得到強還原性的H?，則不鼓入空氣時,

正極的電極反應式為H++e-=H?，故B正確；鼓入空氣時，正極的電極反應式為0z+2H'

+2e~=2?Oil,每生成1mol?OH有1mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，故C錯誤；處理含有草酸(H￡。)

的污水時，因GO廠具有很強的還原性，與氧化劑作用易被氧化為CO?和HQ,則上端開口應

打開并鼓入空氣生成強氧化性的?011,以氧化H2Go，處理污水，故D正確。］

:考點3金屬的腐蝕與防護

【必備知識?落實】

1.金屬的腐蝕

(1)本質(zhì)

金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應?？杀硎緸?/p>

(2)類型

類型化學腐蝕電化學腐蝕

金屬跟具有腐蝕性的化學物質(zhì)

條件不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸

接觸

現(xiàn)象無電流產(chǎn)生直電流產(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，電化學腐蝕手目普遍

2.電化學腐蝕的分類

以鋼鐵的腐蝕為例進行分析

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕

水膜酸性較強(PHW4.3),如水膜酸性很弱或呈中性,如NaCl

條件

NH.,C1溶液溶液

電極材料負極Fe：Fe—2e-=Fe2+

C：2H++2e-=Ht"

及反應正極2C：02+2H20+4e-=40H

總反

Fe+2H+=Fe2++Ht

22Fe+O2+2H20=2Fe(OH)2

應式

聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍

［補短板］

(1)鐵銹的成分為Fe。?AH20,其形成過程還涉及如下反應：

4Fe(OH)2+02+2H20=4Fe(Oil)3;

2Fe(0H)3=Fe203?加2。(鐵銹)+(3一人)凡0。

(2)電解質(zhì)所處環(huán)境決定金屬的腐蝕方式：若電解質(zhì)酸性較強，如NHC1、H2so,等，則

發(fā)生析氫腐蝕，相當于金屬與酸構成原電池；若電解質(zhì)為弱酸、中性、弱堿，則發(fā)生吸氧腐

蝕，相當于金屬、氧氣構成燃料電池。但對于不活潑金屬如Cu只能發(fā)生吸氧腐蝕。

(3)兩種腐蝕正極的現(xiàn)象不同：析氫腐蝕正極產(chǎn)生Hz,氣體壓強變大，pH增大；吸氧腐

蝕正極吸收0"氣體壓強變小，p【I增大。

3.金屬的防護

(1)電化學防護

①犧牲陽極的陰極保護法一原電池原理

a.負極：比被保護金屬活潑的金屬；

b.被保護的金屬設備。

②外加電流的陰極保護法一電解原理

a.陰極：被保護的金屬設備；

b,陽極：惰性金屬。

(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構，如制成合金、不銹鋼等。

(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍或表面鈍化等方法。

注意：犧牲陽極的陰極保護法中所說的陽極是指原電池的負極，即發(fā)生氧化反應的電極

在原電池中也常稱為陽極。

［知識應用］

1.實驗探究(如圖所示)

(1)若棉團浸有NH.C1溶液，鐵釘發(fā)生________腐蝕，正極反應式為

右試管中現(xiàn)象是—

紅罩水

⑵若棉團浸有NaCl溶液，鐵釘發(fā)生腐蝕，正極反應式為

右試管中現(xiàn)象是—

［答案］(1)析氫2H++2-=H2t有氣泡冒出

(2)吸氧0z+4e-+2H2。=40『導管內(nèi)液面上升

自

Fe-二__：-Zn

磬的

3%NaCl溶液

2.為驗證犧牲陽極的陰極保護法，如圖所示：

(DFe作極，電極反應式為_________________________________

(2)Zn電極反應式為

(3)Fe電極附近滴加L［Fe(CN)6］溶液，溶液是否有藍色沉淀生成？。

(4)若將Zn改為Cu,則Fe電極附近加K31Fe(CN)6］溶液，現(xiàn)象為,此現(xiàn)象的離

子方程式為__________________________________________________

［答案］(1)正或陰2H++2e-=H2t

(2)Zn—2e-=Zn2"

⑶否

(4)溶液中生成藍色沉淀3Fe2++2［Fe(CN)6『-=Fe3［Fe(CN)6hI

【關鯉能力,培捫

命題點1金屬的腐蝕原理及快慢分析

1.(2019?貴陽模擬)在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水，放置一段時間后看到鐵片上

有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生反應的總化學方程式：

2Fe+2Hz0+02=2Fe(0H)2,Fe(OH)2進一步被氧氣氧化為Fe(0H)3,再在一定條件下脫水

生成鐵銹，其原理如圖所示。

食鹽水

下列說法正確的是()

A.鐵片發(fā)生還原反應而被腐蝕

B.鐵片腐蝕生成的鐵銹可以保護內(nèi)層的鐵不被腐蝕

-

C.鐵片腐蝕過程中負極發(fā)生的電極反應：2H20+02+4e=40H^

D.鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生了電化學腐蝕

I)［結(jié)合題圖知Fe失電子，化合價升高，被氧化，A項錯誤；鐵銹結(jié)構疏松，不能保

護內(nèi)層金屬，B項錯誤；鐵片腐蝕時，F(xiàn)e作負極，發(fā)生氧化反應：Fe-2e-=Fe2+,C項錯

誤；鐵片上的NaCl溶液為鐵與碳形成原電池提供了電解質(zhì)溶液，D項正確。］

2.一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關系如下，下列說法不正確的是()

pH2466.5813.514

腐蝕快慢較快慢較快

Fe2+

主要產(chǎn)物F63O1Fe203Fe07

+-

在pH>14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應為02+4H+4e=2H20

B.在pH<4溶液中，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕

C.在pH>6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕

D.在煮沸除氧氣的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩

A［A項，pH>14的溶液為堿性，正極反應式為a+2H20+4e-=40H，故A符合題意;

B項，pIK4溶液為酸性溶液，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕，正極反應式為21|++2鼠=壓￡,故

B不符合題意;C項,pH>6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕,正極反應式為02+2H20+4e-=40H

一，故C不符合題意：D項，在堿性溶液中碳鋼發(fā)生吸氧腐蝕，煮沸除氧氣后，腐蝕速率會

減慢，故D不符合題意。］

3.（2019?河北九校聯(lián)考）某實驗小組利用下列裝置探究電解質(zhì)溶液的濃度對金屬腐蝕

的影響：

裝置

的

50mL5%的NaCl溶液50mL5%5mL5%NaCl

的NaQ溶液溶液+45mL蒸儲水

裝置I裝置n

現(xiàn)象檢流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)

下列有關說法正確的是（）

A.裝置I中的鐵片均不會發(fā)生任何腐蝕

B.鐵片d上可能發(fā)生的電極反應為Fe-3e-=Fe，+

C.利用K3［Fe（CN）］溶液可確定裝置H中的正、負極

D.鐵片a、c所處的NaCl溶液的濃度相等，二者腐蝕速率相等

C［裝置I中因為兩燒杯中NaCl溶液的濃度相等，兩邊電勢相等，所以檢流計指針不

發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但鐵片a、b仍可發(fā)生普通的化學腐蝕，A項錯誤；鐵片d上Fe發(fā)生反應生成Fe?

十,B項錯誤；裝置H中負極發(fā)生反應：Fe—2e-=Fe",Fe"遇K3［Fe（CN”］溶液生成藍色沉

淀，故可利用K3［Fe（CN）e］溶液確定裝置H中的正、負極，C項正確；裝置H中明顯產(chǎn)生了電

流，電化學腐蝕比化學腐蝕要快得多，故鐵片a、c的腐蝕速率不同，D項錯誤。］

4.如圖所示，各燒杯中盛有海水,鐵（含雜質(zhì)C）在其中被腐蝕由快到慢的順序為

（填序號）。

⑤⑥

［解析］②③④是原電池，⑤⑥是電解池，金屬被腐蝕由快到慢的順序是：電解池的陽

極〉原電池的負極》化學腐蝕〉原電池的正極>電解池的陰極。

［答案］⑤④②①③⑥

題后歸納?

判斷金屬腐蝕快慢的方法

（1）對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕的快慢：電解池原理引起的腐蝕〉原電池原理引起的腐

蝕》化學腐蝕》有防護措施的腐蝕。

（2）對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質(zhì)溶液中〉弱電解質(zhì)溶液中》非電解質(zhì)溶液中。

（濃度相同）

（3）活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。

（4）對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕速率越快。

命題點2金屬的電化學防護及實驗探究

5.（雙選）（2019?遼寧名校聯(lián)考）高壓直流電線路的瓷絕緣子經(jīng)日曬雨淋容易出現(xiàn)鐵帽

腐蝕現(xiàn)象，在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽腐蝕，防護原理如圖所示。下列說法錯誤的是

，鋅環(huán)