高考化学二轮复习 原电池金属的腐蚀与防护

高考化学二轮复习 原电池金属的腐蚀与防护

高考化学二轮复习第20讲 原电池、金属的腐蚀与防护 一、要点精讲 ‎1．原电池是利用 反应，把 能转化成 能的装置。‎ 构成原电池的条件： ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎2．原电池中电极、电极反应、电子流向(以Zn|H2SO4|Cu原电池为例)‎ 电 极： 正 极 负 极 电极材料： ‎ ‎   ‎ 电极反应： ‎ ‎ 反应 反应 电极变化： 质量 质量 ‎ ‎(新型电池也有变化) (通常被损耗)‎ 电子流向： 流 流 ‎ 电池反应： ‎ ‎3．化学电源及其电极反应式：‎ ‎(1)干电池：‎ 电极反应：负极 ，正极：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-== Mn2O3 + 2NH3↑ + H2O 总反应: 2NH4+ + Zn +2MnO2= Zn 2++H2O+2NH3↑‎ ‎(2)铅蓄电池(电解质溶液为稀硫酸)‎ 负极(Pb): 正极(PbO2): ‎ 总反应: PbO2+ Pb +2H2SO4 2PbSO4+2 H2O ‎(3)锂电池(非水有机溶剂电解液，为什么？)‎ 锂跟相同质量的其他金属相比较，使用寿命长，高能、质轻、电压高、工作效率高储存寿命长. 为什么？‎ ‎(4)氢氧燃料电池 ① 酸式(H+)：负极 ; 正极: ‎ 总反应: 2H2+O2=2H2O ‎②碱式(OH-)：负极 ; 正极: ‎ 总反应: 2H2+O2=2H2O 废旧电池中含有多种重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和公众健康危害很大。废电池应该回收利用。‎ ‎4．金属的腐蚀及其本质：‎ 金属的腐蚀是 跟周围接触到的 进行 反应而腐蚀损耗的过程，其本质是金属原子 电子被 的过程。‎ ‎⑴ 化学腐蚀与电化腐蚀 化学腐蚀 电化腐蚀 条件 现象 本质 联系 ‎⑵ 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条 件 电极 反应 负极 正极 总反应式 ‎5．金属的防护以及金属腐蚀的快慢规律 ‎（1）金属防护的几种重要方法 ‎①改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。‎ ‎②在金属表面覆盖保护保护层，使金属和周围物质隔离开来。‎ ‎③电化学保护法：利用电化学反应使金属钝化而受到保护，或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。‎ ‎（2）金属腐蚀的快慢规律：‎ ‎①在同一电解质溶液中， 。‎ ‎②对同一种金属来说，腐蚀的快慢： ‎ ‎③活动性不同的两金属，活泼性差别越 ， 极金属腐蚀越快。‎ ④对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越 ，腐蚀越快。‎ ‎（3）防腐措施由好到坏的顺序： ‎ ‎ 。‎ 二、典型例题 ‎【例1】A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。‎ ‎⑴ A中反应的离子方程式为 ； ‎ ‎⑵ B中Sn极的电极反应式为_ __ ______，Sn极附近溶液的pH（填“增大”、“减小”或“不变”）_________；‎ ‎⑶ C中被腐蚀的金属是_______，总反应式为 ‎ ；A、B、C中铁被腐蚀的速率又快到慢的顺序为 。‎ ‎【例2】某学生欲完成2HCl＋2Ag＝2AgCl↓＋H2↑反应，设计了下列四个实验，你认为可行的实验是 ‎【例3】出现于20世纪50年代的镍(Ni)镉(Cd)电池是一种可充电碱性电池，至今仍占有很大的市场份额，但由于镉是致癌物质，故镍镉电池有逐渐被其它可充电电池取代的趋势。镍镉电池以氢氧化钾为电解质溶液，电池在充、放电时的工作原理为：‎ Cd(s)＋2NiOOH(s)＋2H2O(l) Cd(OH)2(s)＋2Ni(OH)2(s)‎ 下列关于镍镉电池的说法错误的是 A．电池工作时的负极反应是：Cd(s)＋2OH－(aq)＝Cd(OH)2(s)＋2e－‎ B．充电时的阳极反应是：Ni(OH)2(s) ＋OH－(aq)＝NiOOH(s)＋H2O(l)＋e－‎ C．作为电解池时电解质溶液质量增加，作为原电池时电解质溶液质量减少 D．电池工作时，负极区pH增大，正极区pH减小，但整个电池的pH基本保持不变 三、当堂反馈 ‎1．微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为：Zn＋2OH―－2e－＝ZnO＋H2O ，Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－，总反应为：Ag2O＋Zn＝2Ag＋ZnO。根据上述反应式，判断下列叙述中，正确的是 A．在使用过程中，电池负极区溶液pH增大 B．在使用过程中，电流由Ag2O极经外电路流向Zn极 ‎ C．在使用过程中，Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应 ‎ D．外电路中每通过0.2mol电子，正极的质量理论上减小‎1.6g ‎2．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通乙烷和氧气，其电极反应式为：C2H6＋18OH――14e－＝2CO32－＋12H2O，2H2O＋O2＋4e－＝4OH－，有关此电池的推断正确的是 A．电池工作过程中，溶液的pH值逐渐减小 ‎ B．正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为2∶7 ‎ C．通乙烷的电极为正极C2H6＋18OH――14e－＝2CO32－＋12H2O D．正极发生氧化反应 ‎3．银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理可除去硫化银。其处理方法是：将一定浓度的食盐溶液注入一铝制容器中，再将变黑的银器放在溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。则此原电池中，负极发生的反应为 ，正极发生的反应为 ，反应过程中产生臭鸡蛋气味，原电池总反应方程式为 。‎ 课后练习：‎ ‎1．将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，下列各项叙述正确的是 A．正极附近的SO42－浓度逐渐增大 B．负极附近的SO42－浓度逐渐减小 C．负极附近的SO42－浓度逐渐增大 D．正负极附近的SO42－浓度基本不变 ‎2．下列事实与电化腐蚀无关的是 A．光亮的自行车钢圈不易生锈 B．黄铜(Cu/Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿 C．铜、铝电线一般不连接起来作导线 D．生铁比熟铁（几乎是纯铁）容易生锈 ‎3．将铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.1 mol·L－1的食盐溶液中，可能出现的现象是 A．铁棒附近产生OH－ B．铁棒被腐蚀 C．石墨棒上放出 Cl2 D．石墨棒上放出O2‎ ‎4．生物体中细胞膜内的葡萄糖，细胞膜外的富氧液体及细胞膜构成微型的生物原电池，下列有关判断正确的是 ‎ A．负极发生的电极反应可能是： O2＋4e－＋2H2O＝4OH－‎ ‎ B．正极发生的电极反应可能是： O2＋4e－＝2O2－‎ ‎ C．负极反应主要是C6H12O6生成CO2或 HCO3－‎ ‎ D．正极反应主要是 C6H12O6生成 CO2或 CO32－‎ ‎5．常温下镀锌铁片表面破损发生析氢腐蚀时，若有0.2mol电子发生转移，下列说法一定正确的是 A．有‎5.6g金属被腐蚀 B．有‎4.48L气体放出 C．有‎6.5g金属被腐蚀 D．有‎2.24L气体放出 ‎6．据报道，摩托罗拉公司研发的一种同甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达到现在用镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。该电池反应的离子方程式是2CH3OH＋3O2＋4OH－＝2CO32－＋6H2O。据此请判断下列说法正确的是 A．CH3OH在负极上失去电子，O2在正极上得到电子 B．溶液中OH-向正极移动，H＋向负极移动 ‎ C．CH3OH发生还原反应，O2发生氧化反应 ‎ D．随着电极反应的不断进行，电解质溶液的pH值基本保持不变 ‎ ‎7．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是 ‎ A．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 B．利用电池外壳的金属材料 C．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 ‎ D．回收其中的石墨电极 ‎ ‎8．下列叙述中不正确的是 A．镀锡的铁皮，破损后铁皮反而易被腐蚀 B．纯铁比生铁更易被腐蚀 C．金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍 D．金属腐蚀的本质是M－ne－＝Mn＋而被损耗 ‎9．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)＝Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)‎ 下列说法错误的是 A．电池工作时，锌失去电子 ‎ B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O(1)＋2e－＝Mn2O3(s)＋2OH－(aq)‎ ‎ C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 ‎ D．外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小‎6.5g ‎10．右图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为：‎ ‎4OH――4e－＝2H2O＋O2↑‎ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 ‎11．（2006江苏14题）锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为 负极反应：C6Li－xe－===C6Li1－x＋xLi+（C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料）‎ 正极反应：Li1－xMO2＋xLi+＋x e－===LiMO2（LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物）‎ 下列有关说法正确的是 A．锂离子电池充电时电池反应为C6Li＋Li1－xMO2===LiMO2＋C6Li1－x B．电池反应中，锂、锌、银、铅各失去1mol电子，金属锂所消耗的质量最小 C．锂离子电池放电时电池内部Li+向负极移动 D．锂离子电池充电时阴极反应为C6Li1－x＋xLi+＋x e－===C6Li ‎12．（2006广东16题）某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4。下列说法正确的是 A．放电时，LiMn2O4发生氧化反应 ‎ B．放电时，正极反应为：Li++LiMn2O4+e-==Li2Mn2O4‎ C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应 D．充电时，阳极反应为：Li++e-==Li ‎13．常用锌锰干电池在放电时的总反应可表示为：Zn＋2MnO2＋2NH4＋＝Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。该电池Zn作负极，发生 （选填“氧化”或“还原”）反应；若电池放电时，有0.1mol电子转移，消耗Zn的质量是 。‎ ‎14．市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启用之前用塑料袋密封使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量，使用完后，会发现有大量的铁锈存在，请回答下列问题：‎ ‎⑴ 热敷袋使用时，为什么会放出热量？‎ ‎⑵ 碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？‎ ‎⑶ 试写出有关的电极反应式和化学方程式。‎ ‎15． 如右图：‎ ‎⑴ 在银圈和铁圈(用细塑料棒连接)的连接处吊着一个绝缘的细丝，使之平衡，然后小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。①片刻后可观察到的现象是________，‎ ‎②产生上述现象的原因是_________________________________。‎ ‎⑵ 将⑴中细塑料棒取下, 使两环靠拢, 连接处吊着一个绝缘的细丝，调整圈的大小, 使 之平衡, 然后小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。①片刻后可观察到的现象是_______ ___，②产生上述现象的原因是___________________________ ______。‎ ‎16．燃料电池是使气体燃料氧化直接产生电流的装置，这是本世纪最具挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y2O3（三氧化二钇）的Zr2O2（二氧化锆）晶体，它在高温下能传导 O2－。试回答下列问题：‎ ‎⑴ 该电池放电时的化学反应方程式为 。‎ ‎⑵ 该燃料电池的电极反应式为：‎ 电池正极13O2＋52e－＝26O2－ 电池负极 ‎2C4H10＋26O2－－52e－＝8CO2＋10H2O 则固体电解质中的O2－向 极移动（填“正”或“负”）‎ ‎⑶ 某金属的相对原子质量为52.00，用上述电池电解该金属的一种含氧酸盐的酸性水溶液时，阳极每放出3360mL（标准状况）氧气，阴极析出金属‎10.4g，在该含氧酸盐中金属的化合价为 ，在该实验中，若不考虑能量的损失，电池中消耗丁烷的质量最少是 g（结果精确至‎0.01g）‎ ‎17．（上海理综35、36、38）化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。‎ ‎（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为：‎ Cd＋2NiO(OH)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2‎ 已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是 ‎ ‎① 以上反应是可逆反应 ② 以上反应不是可逆反应 ‎③ 充电时化学能转变为电能 ④ 放电时化学能转变为电能 A ①③ B ②④ C ①④ D ②③‎ ‎（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍锡电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为 ‎ ‎(3)另一种常用的电池是锂电池（很是一种碱金属元素，其相对原子质量为7，由于它的比容量（单位质量电板材料所能转换的电量）特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年。它的负极用金属锂制成；电池总反应可表示为：Li＋MnO2→LiMnO2‎ 试回答：锂电池比容量特别大的原因是 锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因 ‎ 参考答案：‎ 例题：1．⑴ Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑ ⑵2H＋＋2e＝ H2↑ 增大 ⑶ Zn ‎ Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ B、A、C 2．C 3．D ‎ 当堂反馈：1．BD 2．A 3． 2Al－6e－＝2Al3＋ 3Ag2S＋6e－＝6Ag＋3S2－ 2Al＋3Ag2S＋6H2O＝2Al(OH)3↓＋6Ag＋3H2S↑‎ 课后练习：1．D 2．A 3．B 4．C 5．C 6．A 7．C 8．B 9．C 10．B 11．B D 12．B ‎ ‎13．氧化 ‎3.25g ‎ ‎14．⑴ 利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量 ⑵ 碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。⑶ 负极：2Fe－4e－＝2 Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，总反应方程式是：4 Fe＋3O2＋6H2O＝4Fe(OH)3 ‎ ‎15． ⑴ ① 铁圈向下倾斜 ② 铁置换出铜覆盖在铁圈上增重，银圈不反应 ⑵ ① 银圈向下倾斜②铁圈和银圈形成原电池，铁圈作负极，银圈作阳极，银圈上析出铜增重 ‎ ‎16．⑴ ‎2C4H10＋13O2＝8CO2＋10H2O ⑵ 负 ⑶ ＋3价 1.34‎ ‎17．（1）B （2）Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液。（3）锂的摩尔质量小 ：2Li＋ZH2O→LiOH＋H2↑‎