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文档介绍
2019届一轮复习鲁科版化学能转化为电能——电池学案
第3节 化学能转化为电能——电池 1.理解原电池的构成、工作原理及应用。 2．能书写电极反应和总反应方程式。 3．了解常见化学电源的种类及其工作原理。 4．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。 考点一 原电池的工作原理及应用 [思维流程] 原电池的工作原理 1.概念 原电池是把化学能转化为电能的装置。 2．构成条件 反应 能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应) 电极 一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨) 闭合 回路 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(可用简图表示如下) 总反应离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ (1)电极 ①负极：失去电子，发生氧化反应； ②正极：得到电子，发生还原反应。 (2)电子定向移动方向和电流方向 ①电子从负极流出经外电路流入正极； ②电流从正极流出经外电路流入负极； 故电子定向移动方向与电流方向正好相反。 (3)离子移动方向 阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 4．注意事项 (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，也可以是两电极相接触。 (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。 5．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，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 6．原电池正、负极的判断 [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。 [对点训练] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(√) (2)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极(×) (3)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(×) (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(√) 2．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( ) A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极 B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋ D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子 解析：选C 该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋。电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，电极Ⅱ为原电池负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递离子。 3．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是( ) 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2H＋＋2e－===H2↑ 解析：选B ①中Mg作负极；②中Al作负极；③中铜作负极；④是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 [规律方法] 原电池电极反应式的书写 原电池原理的四大应用 1.加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。如在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液构成原电池，反应速率加快。 2．金属的防护 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 3．比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。 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)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 如：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 设计的原电池为： [对点训练] 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中放入少量的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( ) 解析：选D 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ZnCu稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。 5．(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 解析：选D A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼，失电子作负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，失电子作负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与铁中的碳、水、空气构成原电池，铁失电子作负极，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子作负极，锌被腐蚀，铁被保护。 6．(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极质量减小；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性顺序是( ) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 解析：选C 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。综合所述可知活动性：d>a>b>c。 7．(设计制作化学电源)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，设计成带盐桥的原电池。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)请补充下面原电池的装置图，在括号内填上正负极的材料、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变为__________(填“正”或“负”)极。 解析：(1)依据原电池原理分析，氧化还原反应中Fe3＋在正极上得电子发生还原反应，I－在负极上发生氧化反应，负极所在的电解质溶液为KI溶液，正极所在的溶液为FeCl3溶液。电极材料可选取惰性电极，如石墨或其他不活泼的金属。 (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，从左到右和从右到左移动的电子数目相同，故无电流产生。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2逆向移动，此时Fe2＋失电子，电极变成负极。 答案：(1)如图 (2)2I－－2e－ ===I2 (3)无 (4)负 [真题验收] 1．(2016·上海高考)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( ) A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 解析：选C 该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B项，由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐降低，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。 2.(2015·天津高考)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 解析：选C A项，Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B项，电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C项，电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D项，由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。 3．(2013·广东高考)能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。 限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。 ①完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注。 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 ②铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_________________________________________________。 ③甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：③以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋ 的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。 答案： ①如右图所示 ②有红色固体析出，负极被腐蚀 ③甲 电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小 考点二 形形色色的化学电源 [思维流程] 一次电池 1.碱性锌锰电池 碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下： 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 2．银锌电池 银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下： 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 3．锂电池 锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。其电极反应如下： 负极：8Li－8e－===8Li＋； 正极：3SOCl2＋8e－===SO＋2S↓＋6Cl－； 总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 [典例1] 银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图。下列说法不正确的是( ) A．Zn电极是负极 B．Ag2O电极发生还原反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 [学审题析题] 第一步：审题干信息 由反应原理Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag可得负极反应式：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；再由总反应式减负极反应式可得正极反应式：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；由此可判断出C项正确。 第二步：审装置图信息 ⇨由原电池装置，可判定Zn作负极(发生氧化反应)，Ag2O作正极(发生还原反应)，电解质溶液为KOH，为碱性介质；由此可判断出A、B两项正确。 第三步：逐项分析定答案 由题干信息和装置图信息分析可知A、B、C三项均正确；再由总反应式可知：放电前后n(OH－)的量不变，但n(H2O)减小，故放电前后c(OH－)增大，pH升高，由此可判断D项不正确，符合题意。 [答案] D [对点训练] 1．(2018·长沙模拟)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。下列有关该电池的说法错误的是( ) A．电池工作时，Li＋通过离子导体移向b区 B．电流由X极通过外电路移向Y极 C．正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑ D．Y极每生成1 mol Cl2，a区得到2 mol LiCl 解析：选A 加入稀盐酸，在X极(正极)上生成氢气，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，为正极反应，Y极生成Cl2，为负极反应，发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，原电池中电流从正极流向负极，阳离子向正极移动，则电池工作时，Li＋向正极a区移动，A错误；电流由正极X极通过外电路移向负极Y极，B正确；在X极(正极)上生成氢气，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C正确；Y极每生成1 mol Cl2，则转移2 mol电子，有2 mol Li＋向正极移动，则a区得到2 mol LiCl，D正确。 2．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( ) A．Zn为电池的负极 B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时OH－向正极迁移 解析：选A A．根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；B.KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应式为2FeO＋6e－＋8H2O ===2Fe(OH)3＋10OH－，错误；C.由电池总反应式3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH可得，电解质溶液浓度变大，错误；D.电池工作时阴离子OH－向负极迁移，错误。 可充电电池(二次电池) 铅蓄电池是最常见的二次电池，其正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质溶液为30%的稀H2SO4。总反应为 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) [典例2] (2017·全国卷Ⅲ)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 [学审题析题] 第一步：审题干信息 ①由题干中的电池反应16Li＋xS8===8Li2Sx可得，负极反应式：16Li－16e－===16Li＋，再由总反应式减负极反应式，可得正极反应式：xS8＋16Li＋＋16e－===8Li2Sx； ②电极a常用掺有石墨烯的S8，其原因是增加电极a的导电性，故C项正确。 第二步：审装置图信息 第三步：逐项分析定答案 由题干信息可知C项正确；由装置图信息可知A项正确；当外电路流过0.02 mol电子时，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，故B项正确；由电池充电为电解原理可知，阳极发生氧化反应，是放电时正极反应的逆反应；阴极发生还原反应，是放电时负极反应的逆反应。故充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，D项错误，符合题意。 [答案] D [规律方法] “加减法”书写新型化学电源电极反应式 若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，由总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 示例： (1)总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。 (2)写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。 如Li－e－===Li＋(负极)。 (3)利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。 [对点训练] 3．如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( ) A．a为电池的正极 B．电池充电反应为 LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放电时，a极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移 解析：选C 图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D项，放电时为原电池，Li＋为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。 4．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＋ 解析：选C A．原电池中阳离子由负极向正极迁移，正确；B.放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正确；C.充电时，若转移1 mol电子，石墨电极质量将增重7 g，错误；D.充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，正确。 燃料电池 燃料电池电极反应式的书写 第一步：写出燃料电池反应的总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。 如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为 CH4＋2O2===CO2＋2H2O① CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O② ①式＋②式得燃料电池总反应式为 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是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况： (1)酸性电解质溶液环境下电极反应式： O2＋4H＋＋4e－===2H2O； (2)碱性电解质溶液环境下电极反应式： O2＋2H2O＋4e－===4OH－； (3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式： O2＋4e－===2O2－； (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式： O2＋2CO2＋4e－===2CO。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式 电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 [典例3] (2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。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 [学审题析题] 第一步：审题获取解题信息 由题干信息可知此装置为燃料电池 第二步：逐项分析定答案 在审题环节中可得出D项正确；甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，故A项错误；由于熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，再由审题中可知电极反应式为CO＋H2＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，故B项错误；CO为阴离子，电池反应时应向负极(电极A)移动，故C项错误。 [答案] D [对点训练] 5．(2018·汕头模拟)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是( ) A．电子从b流出，经外电路流向a B．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜 解析： 选B b电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，经外电路流向b，A错误；a电极是负极，发生失去电子的氧化反应，即HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，电极反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，B正确；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能，因此能量的利用率会变化，C错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4 mol H＋通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。 6.(2018·哈尔滨模拟)新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，(已知硼氢化钠中氢为－1价)，有关该电池的说法正确的是( ) A．电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性 B．电池负极区的电极反应：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为6NA个 解析：选B A项，电极B采用MnO2，为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，MnO2既作电极材料又有催化作用，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，正确；C项，放电时， Na＋向正极移动，错误；D项，在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数＝6 mol·L－1×1 L×2×NA/mol＝12NA，错误。 [真题验收] 1．(2016·全国卷Ⅱ)MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( ) A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋ B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑ 解析：选B MgAgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。 2．(2016·全国卷Ⅲ)锌－空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( ) A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况) 解析：选C A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大。C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)。D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。 3．(1)(2017·北京高考)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·江苏高考)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·天津高考)氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。 与汽油相比，氢气作为燃料的优点是____________________________________________ ________________________________________________________________________(至少答出两点)。 但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)(2015·四川高考)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。正极反应式是________________________________________________________________________。 (5)(2015·海南高考)下图所示原电池正极的反应式为 ________________________________________________________________________。 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，后者红色更深 (2)Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O (3)污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃烧热值高(任写其中2个) H2－2e－＋2OH－===2H2O (4)FeS2＋4e－＋4Li＋===Fe＋2Li2S(或FeS2＋4e－===Fe＋2S2－) (5)Ag＋＋e－===Ag 考点三 金属的电化学腐蚀与防护 [思维流程] 1．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 金属与接触到的物质直接反应 不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应 本质 金属失电子变成金属阳离子而被氧化(M－ne－===Mn＋) 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 区别 无电流产生 有微弱电流产生 联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例) 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 [注意] 铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O( 铁锈)＋(3－x)H2O。 2．金属腐蚀的一般规律 (1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀>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，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(浓度相同)。 (3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。 (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。 3．金属腐蚀的防护措施 (1)改变金属的内部结构 可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金。 (2)覆盖保护层 可以通过喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离。 (3)电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 ——原电池原理 负极 比被保护金属活泼的金属 正极 被保护的金属设备 外加电流的阴极保护法 ——电解原理 阴极 被保护的金属设备 阳极 惰性金属 [典例] (2017·全国卷Ⅰ)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 [学审题析题] 第一步：通过题干的文字叙述可获取信息 为了保护钢管桩不受海水腐蚀应作阴极，而高硅铸铁为阳极，且不参与电极反应。 第二步：通过读图可验证从题干获取信息是否正确 由图可得钢管桩为阴极，高硅铸铁为阳极，且为惰性阳极，海水为电解质溶液，其阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。 第三步：逐项分析定答案 钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于0，钢管桩为阴极被保护，铁不容易失去电子，A项正确； 阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确； 高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误； 根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。 [答案] C [对点训练] 1．(2018·汕头一模)在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是( ) A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可采用酒精灯加热具支试管的方法 B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁 C．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl－由活性炭区向铝箔表面迁移，并发生电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ D．图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑 解析：选D 具支试管内气体受热压强增大，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A项错误；在铁腐蚀的原电池反应中，铁作负极，B项错误；负极电极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，C项错误，D项正确。 2．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图所示，下列与此原理有关说法错误的是( ) A．正极反应为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：选C 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－，故A正确；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化效率，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，故B正确；由图示可知，Fe腐蚀的最终产物为FeO，故C错误；管道上刷富锌油漆，形成ZnFe原电池，Fe变为正极，可以延缓管道的腐蚀，故D正确。 [真题验收] (2015·重庆高考)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。 (1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第____周期。 (2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g，则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为________。 (3)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是________。 A．降低了反应的活化能 B．增大了反应的速率 C．降低了反应的焓变 D．增大了反应的平衡常数 (4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为________________________。 (5)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__________________________________________； ③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。 解析：(1)铜位于元素周期表的第4周期。 (2)119 g Sn的物质的量为1 mol,20.7 g Pb的物质的量为0.1 mol，因此Sn和Pb原子的数目之比为10∶1。 (3)催化剂能降低反应的活化能并增大化学反应速率，但不改变平衡常数和反应的焓变，所以A、B正确。 (4)复分解反应为相互交换成分的反应，因此该反应的化学方程式为Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O。 (5)①负极发生失电子的反应，铜作负极失电子，因此负极为c。负极反应：Cu－2e－===Cu2＋，正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 ②正极产物为OH－，负极产物为Cu2＋，两者与Cl－反应生成Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。 ③4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为0.02 mol，由Cu元素守恒知，发生电化学腐蚀失电子的Cu单质的物质的量为0.04 mol，失去电子0.08 mol，根据电子守恒可得，消耗O2的物质的量为0.02 mol，所以理论上消耗氧气的体积为0.448 L(标准状况)。 答案：(1)4 (2)10∶1 (3)AB (4)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O (5) ①c ②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448 [综合演练提能] [课堂巩固练] 1.如图是自来水表的常见安装方式。下列有关说法不正确的是( ) A．发生腐蚀过程中，电子从接头流向水表 B．腐蚀时，铁接头发生的是还原反应 C．腐蚀时铜质水表发生的电极反应为 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．腐蚀过程还涉及到反应： 4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3 解析：选B 构成原电池，腐蚀铁，保护铜，电子从接头流向水表，故A正确；腐蚀时，铁接头是负极，发生的是氧化反应，故B错误；水表发生了吸氧腐蚀，氧气在水表的表面得电子，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故C正确；负极放电产生的Fe2＋与正极产生OH－结合成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以腐蚀过程还涉及到反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，故D正确。 2．电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列判断正确的是( ) A．锌为正极，Ag2O为负极 B．锌为负极，Ag2O为正极 C．原电池工作时，将电能转化成化学能 D．原电池工作时，负极区溶液pH增大 解析：选B 根据化合价变化可知Zn被氧化，应为原电池的负极，则正极为Ag2O，故A错误，B正确；原电池是将化学能转化为电能的装置，故C错误；原电池工作时，负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，溶液pH减小，故D错误。 3.(2018·茂名一模)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸，但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池，具有容量大、能量转化效率高、产物无污染等特点，其工作原理如图所示，下列叙述正确的是( ) A．电池工作时，正极附近的pH降低 B．当消耗1 mol O2时，有2 mol Na＋由甲槽向乙槽迁移 C．负极反应式为4OH－＋N2H4－4e－===N2↑＋4H2O D．若去掉阳离子交换膜，电池也能正常工作 解析：选C 电池工作时，O2在正极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于生成OH－，溶液的pH增大，A错误；当消耗1 mol O2时，电路中转移4 mol电子，生成4 mol OH－，为保持溶液呈电中性，应有4 mol Na＋由甲槽向乙槽迁移，B错误；N2H4在负极上失电子发生氧化反应，则负极反应式为4OH－＋N2H4－4e－===N2↑＋4H2O，C正确；若去掉阳离子交换膜，正极产生的OH－直接向负极移动，不能产生稳定的电流，D错误。 4.(2018·青岛模拟)ZnZnSO4PbSO4Pb电池装置如图，下列说法错误的是( ) A．SO从右向左迁移 B．电池的正极反应为Pb2＋＋2e－===Pb C．左边ZnSO4浓度增大，右边ZnSO4浓度不变 D．若有6.5 g锌溶解，有0.1 mol SO通过离子交换膜 解析：选B 锌是负极，SO从右向左迁移，A正确；电池的正极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，B错误；左边锌失去电子转化为ZnSO4，ZnSO4浓度增大，右边ZnSO4浓度不变，C正确；若有6.5 g锌即0.1 mol锌溶解，根据电荷守恒可知有0.1 mol SO通过离子交换膜，D正确。 5．(2018·合肥模拟)我国科研人员以Zn和尖晶石型锰酸锌(ZnMn2O4)为电极材料，研制出一种水系锌离子电池。该电池的总反应方程式：xZn＋Zn1－xMn2O4 ZnMn2O4(0查看更多