2018届一轮复习鲁科版化学能转化为电能——电池学案

2018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 学习目标 ‎1.理解原电池的构成、工作原理及应用。‎ ‎2．能写出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、金属腐蚀的危害及保护措施。‎ 考点一　原电池的工作原理 一、理清概念和工作原理 ‎1．原电池 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．工作原理 以铜锌原电池为例 ‎(1)原理分析 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沿导线流向Cu 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、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。‎ ‎②盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。‎ ‎3．明确构成原电池的条件 反应 能自发发生的氧化还原反应(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(金属或非金属)‎ 闭合回路 形成需三个条件：‎ ‎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 ‎4．辨明三个移动方向 电子方向 从负极流出沿导线流入正极 电流方向 从正极沿导线流向负极 离子迁移 方向 电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移 ‎[基点小练]‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)电子流出的电极是原电池的正极(×)‎ ‎(2)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(×)‎ ‎(3)原电池放电时，电流方向由电源的负极流向正极(×)‎ ‎(4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极(×)‎ 二、原电池正负极的判断及电极反应式的书写 ‎1．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。‎ ‎2．电极反应式的书写 ‎ [注意]　因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。‎ ‎①当电解质溶液呈酸性时，一般H＋参与反应生成H2。‎ ‎②当电解质溶液呈碱性时，一般OH－参与反应，生成H2O，若反应物为CH4等含碳燃料时，产物一般生成CO。‎ ‎[基点小练]‎ ‎2．(1)下列装置属于原电池的是________。‎ ‎(2)在选出的原电池中，________是负极，发生________反应，________是正极，该极的现象是________________。‎ ‎(3)此原电池反应的化学方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)⑤　(2)Fe　氧化　Cu　电极上产生气泡 ‎(3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑‎ 题点(一)　原电池的工作原理 ‎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。‎ ‎3．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。‎ 规避原电池工作原理的3个失分点 ‎(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)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。‎ 题点(二)　原电池电极反应式的书写 ‎4．(2016·全国甲卷)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。‎ ‎5．(1)(2016·北京高考节选)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__________________________________________________。‎ ‎(2)(2015·海南高考节选)如图所示原电池正极的反应式为_____________________。‎ ‎(3)(2013·北京高考节选)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如图所示：‎ ‎①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。‎ ‎②写出NiO电极的电极反应式：______________________。‎ 答案：(1)①铁　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O ‎(2)Ag＋＋e－===Ag ‎(3)①还原　②2NO＋O2－－2e－===2NO2‎ 考点二　原电池原理的四大应用 比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入到稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气体放出，则说明A作负极，B作正极，即可以断定金属活动性A＞B。‎ ‎[对点演练]‎ ‎1．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　)‎ A．P＞M＞N＞E　　　　　 B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 解析：选A　由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。‎ ‎2．(2017·兰州模拟)完成原电池问题。‎ Ⅰ.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性，两人均使用相同镁片与铝片作电极，甲同学将电极放入2 mol·L－1 H2SO4溶液中，乙同学将电极放入2 mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示 。‎ 请回答：‎ ‎(1)写出甲池中正极的电极反应式：___________________________________。‎ ‎(2)写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式：‎ 负极：_________________________________________________________；‎ 总反应：_______________________________________________________。‎ ‎(3)如果甲、乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________活动性更强，而乙会判断出________活动性更强(填写元素符号)。‎ ‎(4)由此实验，可得到如下哪些正确结论？________(填写字母)。‎ a．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质 b．镁的金属性不一定比铝的金属性强 c．该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值 d．上述实验反过来证明了“直接利用金属活动性顺序判断原电池中的正负极”的做法是“不可靠”的 Ⅱ.市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。“热敷袋”‎ 启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。“热敷袋”放出的热量是利用了____________________而放出热量。‎ 解析：Ⅰ.(1)甲中镁易失电子作负极，Al作正极，负极上镁发生氧化反应，正极上氢离子发生还原反应，负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。‎ ‎(2)乙池中铝易失电子作负极，负极上铝失电子发生氧化反应，电极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，镁作正极，正极发生还原反应，总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。‎ ‎(3)甲中镁作负极，乙中铝作负极，根据作负极的金属活泼性强判断，甲中镁活动性强，乙中铝活动性强。‎ ‎(4)a.根据甲、乙中电极反应式知，原电池正负极与电解质溶液有关，正确；b.镁的金属性强于铝，但失电子难易程度还与电解质溶液有关，错误；c.该实验说明电解质溶液性质影响电极的正负极，不能说明金属活动性顺序没有使用价值，错误；d.该实验说明化学研究对象复杂，反应与条件有关，电极材料相同其反应条件不同导致其产物不同，应具体问题具体分析，正确。‎ Ⅱ.该装置符合原电池构成条件，所以能构成原电池。其中炭粉作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，NaCl溶液起电解质溶液作用，加速Fe的氧化。放电时将化学能转化为电能，所以热敷袋放出的热量来自于原电池中的氧化还原反应。‎ 答案：Ⅰ.(1)2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎(2)Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O ‎2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑‎ ‎(3)Mg　Al　(4)ad Ⅱ.铁屑、炭粉、空气(氧气)、NaCl溶液构成原电池，铁被氧化(合理即可)‎ 加快化学反应速率 由于形成原电池，而使氧化还原反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成CuZn原电池，加快化学反应速率。‎ ‎[对点演练]‎ ‎3．选择合适的图像：‎ ‎(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积 V(L)与时间 t (min)的关系是________。‎ ‎(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间 t(min)的关系是________。‎ ‎(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。‎ 解析：(1)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原电池，反应速率加快，所以a放出H2的量减少，但速率加快。(2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影响产生H2的量，速率也加快。(3)CH3COONa 与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生H2的量没发生变化。‎ 答案：(1)A　(2)B　(3)C 用于金属的防护 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。‎ ‎[对点演练]‎ ‎4.利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。‎ ‎(1)若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。‎ ‎(2)若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________________。‎ 解析：铁被保护，可以是做原电池的正极，或者电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。‎ 答案：(1)N　(2)牺牲阳极的阴极保护法 设计原电池 ‎(1)必须是能自发进行且放热的氧化还原反应。‎ ‎(2)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。‎ ‎(3)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子，这样可减少离子极化作用，便于电子和离子的移动，如在CuZn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。‎ 实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：‎ ‎[对点演练]‎ ‎5．(2017·衡水模拟)一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋‎ ‎＋Cu，该原电池的合理组成(　　)‎ 正极 负极 电解质溶液 A Zn Cu CuCl2‎ B Cu Zn H2SO4‎ C Cu Zn CuSO4‎ D Zn Fe CuCl2‎ 解析：选C　原电池中，相对活泼的金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。所以根据原电池的总反应的离子方程式Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu知，该原电池中，锌为负极，铜为正极，硫酸铜溶液作电解质溶液，即选项C正确。‎ ‎6．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，设计成盐桥原电池。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)请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。‎ ‎(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)先分析氧化还原反应，找出正负极反应，即可确定正负极区电解质溶液。(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，无电子流动，故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时FeCl2溶液失电子，正极变成负极。‎ 答案：(1)如图：‎ ‎(2)2I－－2e－===I2　(3)无　(4)负 考点三　四类常见的化学电源 一次电池 碱性锌锰干电池是常见的一次电池。‎ 负极材料：Zn；‎ 电极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；‎ 正极材料：石墨；‎ 电极反应：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－；‎ 总反应：Zn＋MnO2＋H2O===Mn(OH)2＋ZnO。‎ ‎[对点演练]‎ ‎1．LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)电池的负极材料为______________，发生的电极反应为______________。‎ ‎(2)电池正极发生的电极反应为_______________________________________________。‎ 解析：分析元素的化合价变化可知，Li被氧化，为还原剂，SOCl2被还原，为氧化剂。‎ ‎(1)负极材料为Li(还原剂)，4Li－4e－===4Li＋。‎ ‎(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：‎ ‎2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。‎ 答案：(1)锂　4Li－4e－===4Li＋‎ ‎(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑‎ ‎2．(2017·兰州模拟)被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是(　　)‎ A．该电池的正极为锌 B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数约为1.204×1023‎ D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－‎ 解析：选D　A项，由电池反应知，Zn元素化合价由0价变为＋2价，Zn失电子作负极，错误；B项，该电池中二氧化锰参加反应且作氧化剂，错误；C项，电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过离子定向移动形成电流，错误；D项，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，正确。‎ 可充电电池(二次电池)‎ 铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O ‎[对点演练]‎ ‎3．(2014·天津高考)已知：锂离子电池的总反应为 LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2‎ 锂硫电池的总反应为2Li＋SLi2S 有关上述两种电池说法正确的是(　　)‎ A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C．理论上两种电池的比能量相同 D．如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 解析：选B　A项，电池放电时，电解质内部Li＋向正极移动，错误；B项，锂硫电池充电时，锂电极发生得电子反应，为还原反应，正确；C项，两种电池的电极材料不同，所以比能量不相同，错误；D项，充电时正接正，负接负，所以应Li电极连接C电极，错误。‎ ‎4.(2014·全国卷)如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MHNi电池)。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－―→Ni(OH)2＋OH－‎ B．电池的电解液可为KOH溶液 C．充电时负极反应为MH＋OH－―→H2O＋M＋e－‎ D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高 解析：选C　电池放电时，正极发生得电子的还原反应，A项正确；由电池示意图及放电时正极上的电极反应知，该电池的电解液呈碱性，可为KOH溶液，B项正确；充电时的负极实质上为阴极，发生还原反应，C项错误；MH的氢密度越大，表明单位体积的MH所能储存的电子越多，能量密度越大，D项正确。‎ ‎(1)充电电池是既能将化学能转化为电能(放电)，又能将电能转化为化学能(充电)的一类特殊电池。需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。‎ ‎(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。‎ 燃料电池 ‎1．氢氧燃料电池 种类 酸性 碱性 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 电池反应式 ‎2H2＋O2===2H2O ‎2．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1]　(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 ‎[解析]　A选项，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，错误；B选项，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，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，错误；C选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极A移动，错误；D选项，电极B上氧气得电子和二氧化碳结合生成碳酸根离子，正确。‎ ‎[答案]　D ‎[对点演练]‎ ‎5．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正极上发生的反应是O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 解析：选C　电解质溶液中阳离子应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项错误；结合正极反应式，转移0.4 mol电子时，消耗O2 0.1 mol，其在标准状况下的体积为2.24 L，B项错误；C项符合题目要求，正确。‎ ‎6．(2017·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， 钠离子向正极移动，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。‎ 根据电极产物判断燃料电池正、负极的方法 ‎(1)在酸性燃料电池中，有H2O生成的是正极，有CO2生成的是负极。‎ ‎(2)在碱性燃料电池中有H2O生成的是负极，其另一极为正极。‎ ‎(3)在熔融盐或熔融氧化物燃料电池中，生成CO2的是负极，其另一极为正极。‎ 新型化学电源 ‎[典例2]　(2015·全国卷Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)‎ A．正极反应中有CO2生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O ‎[解析]　A项，有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，负极上有CO2产生，错误；B项，微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，正确；C项，质子由负极区移向正极区，正确；D项，正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，正确。‎ ‎[答案]　A ‎“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)。‎ ‎[对点演练]‎ ‎7．(2016·海南高考)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－向负极迁移 解析：选AD　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，正确。‎ ‎8．(2016·四川高考)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。‎ ‎9．(2017·安徽师大附中模拟)近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池，工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．碳极发生的反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．有机电解质和水溶液不可以互换区域 C．标准状况下产生22.4 L的氢气时，正极消耗锂的质量为14 g D．该装置不仅可提供电能，还可得到清洁的氢气 解析：选C　根据图示信息可知，碳电极上产生氢气，应该是正极，该电极上发生得电子的还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气，但是和有机电解质不反应，所以有机电解质和水溶液不可以互换区域，B正确；金属Li和水发生反应2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，标准状况下产生22.4 L的氢气时，金属锂是负极，负极消耗锂的质量为14 g，C错误；该装置是将化学能转化为电能的装置，装置不仅可提供电能，并且反应产物是氢气，能提供能源，D正确。‎ 考点四　金属的腐蚀与防护 一、透视金属腐蚀的本质和类型 ‎1．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变成金属阳离子，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 M－ne－===Mn＋‎ 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 铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。‎ ‎[基点小练]‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)Al、Fe、Cu在潮湿空气中腐蚀均生成氧化物(×)‎ ‎(2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋(×)‎ ‎(3)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(√)‎ ‎(4)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀(×)‎ ‎(5)干燥环境下金属不会被腐蚀(×)‎ ‎(6)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀(×)‎ ‎2.如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NH4Cl溶液，乙试管中为NaCl溶液，数天后导管中观察到的现象是________，甲中正极反应为______________________，乙中正极反应为______________________。试管中残留气体平均相对分子质量的变化为甲________；乙________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ 答案：导管中液面左低右高　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎2H2O＋O2＋4e－===4OH－　减小　减小 二、明确金属的防护方法 ‎1．电化学防护 ‎(1)牺牲阳极保护法——原电池原理 ‎①负极：比被保护金属活泼的金属；‎ ‎②正极：被保护的金属设备。‎ ‎(2)外加电流阴极保护法——电解原理 ‎①阴极：被保护的金属设备；‎ ‎②阳极：废铁。‎ ‎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。‎ 题点(一)　金属腐蚀快慢的判断与防护 ‎1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　)‎ A．②①③④⑤⑥　　　　 B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ 解析：选C　①是Fe为负极，杂质为正极的原电池腐蚀，是钢铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢；②、③、④实质均为原电池装置，③中Fe为正极，被保护，②、④中Fe为负极，被腐蚀，但Fe和Cu的金属活泼性差别比Fe和Sn的大，故FeCu原电池中Fe被腐蚀较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀；⑥Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知，铁被腐蚀由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。‎ ‎2．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)‎ A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆 C．汽车底盘喷涂高分子膜 D．地下钢管连接镁块 解析：选A　水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门为阴极，从而得以保护，A项正确；金属护栏表面涂漆的原理是隔绝金属护栏与空气接触，从而减缓金属护栏的腐蚀，B项错误；汽车底盘喷涂高分子膜的原理也是隔绝与空气的接触，C项错误；地下钢管连接镁块形成了原电池，属于牺牲阳极的阴极保护法，D项错误。‎ ‎3．(2015·重庆高考节选)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)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________________________________________________________________________。‎ ‎(2)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)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。‎ ‎(2)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)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O ‎(2)①c　②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓‎ ‎③0.448‎ 判断金属腐蚀快慢的规律 ‎(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。‎ 题点(二)　明辨析氢腐蚀和吸氧腐蚀 ‎4．利用如图所示装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)‎ A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管液面高于b管液面 C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋‎ 解析：选C　a管发生吸氧腐蚀，a处溶液的pH增大，b管发生析氢腐蚀，b处溶液的c(H＋)减小pH增大，C项错误。‎ ‎5. (2014·安徽高考)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。‎ 图1‎ ‎(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：‎ 编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/%‎ ‎①‎ 为以下实验作参照 ‎0.5‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎②‎ 醋酸浓度的影响 ‎0.5‎ ‎36.0‎ ‎③‎ ‎0.2‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎ (2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2 时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了________(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)该小组对图2中O～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：‎ 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；‎ 假设二：_________________________________________________________；‎ ‎……‎ ‎(4)为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。‎ 实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)：‎ 解析：(1)实验②中碳粉的质量与实验①相同，醋酸的浓度与实验①不同，所以铁粉的质量应与实验①相同，即2.0 g；实验③中碳粉质量与实验①不同，铁粉质量和醋酸浓度均与实验①相同，显然实验③目的是探究碳粉含量对腐蚀类型的影响。(2)t2时，容器中压强明显小于起始压强，说明容器中气体减少，所以铁发生的是吸氧腐蚀，腐蚀过程中，铁为负极，发生氧化反应，生成Fe2＋，碳为正极，发生还原反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O)。(3)O～t1时压强增大，应从两方面考虑，一是生成气体，二是温度升高，则由假设一内容可得假设二应是：此反应是放热反应，温度升高。‎ 答案：(1)②2.0　③碳粉含量的影响 ‎(2)吸氧　如图所示　‎ 还原　2H2O＋O2＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O)　(3)反应放热，温度升高 ‎(4)‎ 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。‎ ‎ [课堂巩固练]‎ ‎1．下列关于原电池的叙述中正确的是(　　)‎ A．正极和负极必须是金属 B．原电池是把化学能转化成电能的装置 C．原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应 D．锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1‎ ‎ g氢气生成 解析：选B　一般普通原电池中负极必须是金属，正极可以是金属或非金属导体，A错误；原电池是把化学能转化成电能的装置，B正确；原电池工作时，正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，C错误；锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上有0.2 g氢气生成，D错误。‎ ‎2．(2017·兰州模拟)下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)‎ A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用 C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀 解析：选B　A项，发生电化学腐蚀时，金属不纯，则纯银器主要发生化学腐蚀，正确；B项，铁比锡活泼，当镀锡铁制品的镀层破损时，铁易被腐蚀，错误；C项，海轮外壳连接锌块，锌为负极，保护外壳不受腐蚀，为牺牲阳极的阴极保护法，正确；D项，防止金属被氧化，金属应连接电源的负极，如连接正极，加剧腐蚀，正确。‎ ‎3．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表：‎ 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 下列说法错误的是(　　)‎ A．当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 解析：选C　当pH<4时，溶液呈酸性，碳钢主要发生析氢腐蚀，A正确；当pH>6时，溶液的酸性较弱，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B正确；在pH>14时，溶液呈碱性，碳钢主要发生吸氧腐蚀，碳钢腐蚀的正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C错误；在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上氧气生成氢氧根离子速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，D正确。‎ ‎4．(2017·大连模拟)Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．Mg为电池的正极 B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－‎ C．不能被KCl溶液激活 D．可用于海上应急照明供电 解析：选D　A项，根据电池反应方程式知，Mg元素的化合价升高，Mg作负极，错误；B项，AgCl作正极，错误；C项，KCl属于电解质，能被激活，错误；D项，利用海水作电解质溶液，正确。‎ ‎5．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳，使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列说法正确的是(　　)‎ A．电池放电时，正极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4‎ B．电池放电时，Mg2＋向负极迁移 C．电池充电时，阳极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg D．电池充电时，阴极发生还原反应生成Mo3S4‎ 解析：选A　A项，电池放电时，正极发生还原反应，由电池反应可知，Mo3S4为正极，被还原，电板反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4，正确；B项，电池工作时，阳离子向正极移动，错误；C项，充电时，阳极发生氧化反应，错误；D项，电池充电时，阴极发生还原反应，Mg为阴极，生成金属镁，错误。‎ ‎6．(2017·广州统考)一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．Cl－由中间室移向左室 B．X气体为CO2‎ C．处理后的含NO废水的pH降低 D．电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气体的体积为22.4 L 解析：选C　该电池中，NO得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成X，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳。放电时，电解质溶液中阴离子Cl－移向负极室(左室)，A项正确；有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，所以X气体为CO2，B项正确；正极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，H＋参加反应导致溶液酸性减小，溶液的pH增大，C项错误；根据负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气体的体积为×6×22.4＝22.4 (L)，D项正确。‎ ‎7．(1)分析如图所示的三个装置，回答下列问题：‎ ‎①装置a中铝电极上的电极反应式为_________________________________________。‎ ‎②装置b中产生气泡的电极为________电极(填“铁”或“铜”)，装置c中铜电极上的电极反应式为__________________________________________。‎ ‎(2)燃料电池是一种高效低污染的新型电池。燃料电池所用燃料可以是氢气，也可以是其他燃料，如甲烷、肼等。如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：‎ ‎①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ ‎②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(3)肼分子(H2N—NH2)可以在氧气中燃烧生成氮气和水，利用肼、氧气与KOH溶液组成碱性燃料电池，请写出该电池的负极反应式：___________________________________。‎ 解析：(1)①装置a中金属铝能与氢氧化钠溶液反应，a中铝电极是负极，正极是镁，则负极上的电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。‎ ‎②装置b中常温下铁在浓硝酸中钝化，铜电极是负极，铁是正极，溶液中的硝酸根在正极得到电子，b中产生气泡的电极为铁；装置c中铁是负极，铜是正极，发生铁的吸氧腐蚀，铜电极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎(2)①甲烷失去电子，甲烷在负极通入，因此电池的负极是a电极，该极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。‎ ‎②由于反应后产生Na2CO3，即电池工作过程中消耗OH－，因此电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小。‎ ‎(3)肼在负极发生失去电子的氧化反应，该电池负极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2↑。‎ 答案：(1)①Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O ‎②铁　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎(2)①a　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　②减小 ‎(3)N2H4－4e－＋4OH－===4H2O＋N2↑‎ ‎[课下提能练]‎ ‎1．埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法正确的是(　　)‎ A．金属棒X的材料可能为铜 B．金属棒X的材料可能为钠 C．钢管附近土壤的pH可能会升高 D．这种方法属于外加电流的阴极保护法 解析：选C　金属棒X的材料若为铜，则易腐蚀钢管，A项错误；钠为活泼金属，易发生反应，B项错误；钢管吸氧发生还原反应，产生OH－，附近土壤的pH可能会升高，C项正确；该装置没有外接电源，不属于外加电流的阴极保护法，D项错误。‎ ‎2．(2017·娄底模拟)有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是(　　)‎ A．A>B>C>D>E　　　 B．A>C>D>B>E C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E 解析：选B　金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属失去电子发生氧化反应，作负极，较不活泼的金属作正极。H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A―→B原电池，A为负极； C―→D原电池，C为负极；A―→C原电池，A为负极；B―→D原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性A>C>D>B>E。‎ ‎3．(2017·吉林模拟)原电池中，B极逐渐变粗，A极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的(　　)‎ A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸 B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸 C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液 D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液 解析：‎ 选C　在原电池中，一般活泼金属作负极，失去电子发生氧化反应(金属被氧化)而逐渐溶解(或质量减轻)；不活泼金属(或导电的非金属)作正极，发生还原反应有金属析出(质量增加)或有气体放出；依据题意可知A为负极、B为正极，即活泼性A大于B，且A能从电解质溶液中置换出金属单质。所以，只有C选项符合题意。‎ ‎4．(2017·厦门模拟)将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．盐桥中的K＋移向FeCl3溶液 B．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极 解析：选D　A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当电流计为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。‎ ‎5．下列有关电化学装置的说法正确的是(　　)‎ A．利用图a装置处理银器表面的黑斑Ag2S，银器表面发生的反应为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－‎ B．图b电解一段时间，铜电极溶解，石墨电极上有亮红色物质析出 C．图c中的X极若为负极，则该装置可实现粗铜的精炼 D．图d中若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”使铁不被腐蚀 解析：选A　图a中形成原电池，Al为负极被氧化，Ag2S为正极被还原，正极反应式为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，A正确；图b中，铜为阴极，发生还原反应，不能溶解，石墨电极上生成氧气，B错误；图c中的X极若为负极，粗铜为阴极，而电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，不能进行粗铜的精炼，C错误；图d装置中有外接电源，属于“有外加电源的阴极保护法”，D错误。‎ ‎6．(2017·沧州模拟)某蓄电池反应式为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2‎ ‎。下列推断中正确的是(　　)‎ ‎①放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极 ‎②充电时，阴极上的电极反应式是Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－‎ ‎③充电时，Ni(OH)2为阳极 ‎④蓄电池的电极必须是浸在某碱性溶液中 A．①②③ B．①②④‎ C．①③④ D．②③④‎ 解析：选D　由放电时的反应可知，Fe发生氧化反应，Ni2O3发生还原反应，即正极为Ni2O3，负极为Fe，①错误；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，放电时负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，充电过程中阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，②正确；充电是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，阳极为原来的正极，因此充电时，Ni(OH)2为阳极，③正确；Fe(OH)2、2Ni(OH)2只能存在于碱性溶液中，在酸性条件下与H＋反应，④正确。‎ ‎7．(2017·盐城模拟)一种新型钠硫电池结构示意图如图，下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．B极中填充多孔的炭或石墨毡，目的是为了增加导电性 B．电池放电时，A极电极反应为2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx C．电池放电时，Na＋向电极A极移动 D．电池放电的总反应为2Na＋xS===Na2Sx，每消耗1 mol Na 转移2 mol电子 解析：选A　根据图可知，放电时，Na发生氧化反应，所以A作负极，B作正极，负极反应式为2Na－2e－===2Na＋，正极反应式为xS＋2e－===S，充电时A为阴极，B为阳极，阴极、阳极电极反应式与负极、正极反应式正好相反，放电时，电解质中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；B极中填充多孔的炭或石墨毡，目的是为了增加导电性，A正确；放电时，A为负极，电极反应为2Na－2e－===2Na＋，B错误；放电时，Na＋向正极移动，即由A向B移动，C错误；由电池放电的总反应知，每消耗1 mol Na转移1 mol电子，D错误。‎ ‎8．(2017·襄阳模拟)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，可以通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3－Na2O，O2－‎ 可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a B．电极b是正极，O2－由电极a流向电极b C．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，电子转移4 mol 解析：选C　电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，A错误；O2－是阴离子，应向负极移动，即O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，B错误；甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，C正确；1 mol O2得4 mol 电子生成2 mol O2－，故当固体电解质中有1 mol O2－通过时，电子转移2 mol，D错误。‎ ‎9.(2017·绍兴模拟)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是(　　)‎ A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极 B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋‎ D．当有4.48 L NO2被处理时，转移电子数为0.8NA 解析：选B　该反应中，NO2发生还原反应，NH3发生氧化反应，通入NO2的电极是正极，通入NH3的电极是负极，放电时，电流从正极沿导线流向负极，所以电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，A错误；电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止NO2反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致电池不能正常工作，B正确；电解质溶液呈碱性，负极电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，C错误；温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，所以无法计算，D错误。‎ ‎10．(2017·厦门模拟)一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是(　　)‎ A．a电极发生还原反应，作电池的正极 B．b电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O C．H＋由右室通过质子交换膜进入左室 D．标准状况下，电路中产生6 mol CO2同时产生22.4 L的N2‎ 解析：选B　A项，在该燃料电池中通入燃料的电极为负极，故电极a为负极，电极b为正极，a电极发生氧化反应，错误；B项，b电极为正极，发生还原反应，反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，正确；C项，溶液中H＋由负极移向正极，即由左室通过质子交换膜进入右室，错误；D项，不能确定有机物中碳元素的化合价，则不能计算转移的电子数，也不能通过二氧化碳计算氮气的体积，错误。‎ ‎11．(2014·海南高考)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：‎ ‎(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)‎ ‎(2)电池正极反应式为___________________________________________________。‎ ‎(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。‎ K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为__________。‎ 解析：(1)结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极材料，MnO2作正极材料，电子流向是从a→b，电流方向则是b→a。(2)根据题目中的信息“电解质 LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋ 通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成 LiMnO2”，所以正极的电极反应式MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)由题目中的信息“MnO2可与KOH和KClO3在高温条件下反应，生成K2MnO4”，可知该反应属于氧化还原反应，Mn元素化合价升高(M→M )，则Cl元素的化合价降低(C→C)，所以化学方程式为3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O；根据“K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4(K2O4→)和MnO2(K2O4→O2)”，结合电子得失守恒可得，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为 2∶1。‎ 答案：(1)b　a　(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2‎ ‎　(3)否　电极Li是活泼金属，能与水反应　(4)3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O　2∶1‎ ‎12．(2017·威海模拟)钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。‎ ‎(1)抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)‎ 利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。‎ ‎①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于________处。‎ ‎②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________________。‎ ‎(3)图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，X电极溶解的铜的质量________3.2 g(填“<”“>”或“＝”)。‎ ‎(4)图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，铜电极发生的反应是__________________，若将开关K置于N处，发生的总反应是_________________。‎ 解析：(1)铁锈的成分为Fe2O3，能和盐酸反应生成FeCl3和水，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为Fe＋2FeCl3===3FeCl2。‎ ‎(2)①若X为碳棒，由于Fe比较活泼，为减缓铁的腐蚀，应使Fe为电解池的阴极即连接电源的负极，故K连接N处。②若X为锌，开关K置于M处，Zn为阳极被腐蚀，Fe为阴极被保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。‎ ‎(3)若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，由于粗铜中有杂质参加反应，所以X电极溶解的铜的质量<3.2 g。‎ ‎(4)若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，此时构成原电池装置，铜电极为正极，发生的反应是2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；若将开关K置于N处，此时构成电解池装置，铜为阳极，铜本身被氧化而溶解，阴极铁离子被还原，发生的总反应是：Cu＋2Fe2＋===2Fe3＋＋Cu2＋。‎ 答案：(1)Fe＋2FeCl3===3FeCl2‎ ‎(2)①N　②牺牲阳极的阴极保护法　(3)<‎ ‎(4)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Cu＋2Fe2＋===2Fe3＋＋Cu2＋‎ ‎13．某蓄电池的反应为NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2　‎ ‎(1)该蓄电池充电时，发生还原反应的物质是________(填选项字母)。放电时生成Fe(OH)2的质量为18 g，则外电路中转移的电子数是________________。‎ A．NiO2　　　　　　　　　　 B．Fe C．Fe(OH)2 D．Ni(OH)2‎ ‎(2)为防止远洋轮船的钢铁船体在海水中发生电化学腐蚀，通常在船体上镶嵌Zn块，或与该蓄电池的________(填“正”或“负”)极相连。‎ ‎(3)以该蓄电池作电源，用如图所示的装置在实验室模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是______________________(用相关的电极反应式和离子方程式表示)。‎ ‎(4)精炼铜时，粗铜应与直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。精炼过程中，电解质溶液中的c(Fe2＋)、c(Zn2＋)会逐渐增大而影响进一步电解。甲同学设计如下除杂方案：‎ 已知：‎ 沉淀物 Fe(OH)3‎ Fe(OH)2‎ Cu(OH)2‎ Zn(OH)2‎ 开始沉淀时的pH ‎2.3‎ ‎7.5‎ ‎5.6‎ ‎6.2‎ 完全沉淀时的pH ‎3.9‎ ‎9.7‎ ‎6.4‎ ‎8.0‎ 则加入H2O2的目的是_____________________________________________________。‎ 乙同学认为应将方案中的pH调节到8，你认为此观点________(填“正确”或“不正确”)，理由是_______________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)该蓄电池充电时反应逆向进行，发生还原反应的电极为阴极，物质为所含元素的化合价降低的物质，为Fe(OH)2。放电时Fe→Fe(OH)2，电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，每生成1 mol Fe(OH)2，转移2 mol电子，18 g Fe(OH)2的物质的量为0.2 mol，故转移0.4 mol电子。‎ ‎(2)外接电源的阴极保护法中，船体应与蓄电池的负极相连。‎ ‎(3)铝制品发生钝化时，在铝表面形成致密的氧化膜，也会有Al3＋进入溶液中与HCO发生反应Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑，使溶液变浑浊。‎ ‎(4)精炼铜时，粗铜应与电源的正极相连。处理电解质溶液时加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后调节溶液的pH为4，可以使Fe3＋以Fe(OH)3‎ 的形式除去。若将溶液的pH调节到8，Cu2＋也沉淀完全。‎ 答案：(1)C　0.4NA或2.408×1023　(2)负　(3)Al－3e－===Al3＋，Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑　(4)正　将Fe2＋氧化为Fe3＋　不正确　同时会使Cu2＋生成沉淀而除去