新高考化学一轮复习 第5章第3节 化学能转化为电能-电池教学案 鲁科版

第3节化学能转化为电能一一电池

课标解读要点网络

1.理解原电池的构成、工作原理及应用,

能写出电极反应和总反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原一次电池

理。二次电池--

燃料电池」

3.了解金属发生电化学腐蚀的原因，金应用：加快反应，金国防护等

属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。

A归级必备知识•关键能力落实知识培养能力

BIBEIZHISHIGUANJIANNENGLI

喏&兔1原电池工作原理及其应用

【必备知识•落实】

1.原电池的构成

(1)概念和反应本质

电化学上将这种能把化学能转化为电能的装置称为原电池。

(2)构成条件

能发生包出蚯的氧化还原反应(i般是活泼性强的金属与电解质溶液

反应

反应)

电极一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)

①电解质溶液

闭合

②两电极直接或间接接触

回路

③两电极插入电解质溶液中

2.原电池的工作原理

如图是CuZn原电池，请填空:

(1)两装置的差别

①图1中Zn在CuSOi溶液中直接接触Ci?+,会有一部分Zn与Ci?+直接反应，该装置中

既有化学能和电能的转化,又有一部分化学能转化成了热能,装置的温度会升高，电能效率

低。

②图II中Zn和CuSO,溶液分别在两个池中，Zn与Ci?+不直接接触，不存在Zn与Cu2+

直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能,电流稳定，且持续时间长，电能效率高。

(2)反应原理

电极名称负极正极

电极材料ZnCu

电极反应Zn—2e=Zn2*Cu21+2e=Cu

反应类型氧化反应还原反应

(3)原电池中的三个方向

①电子方向：从负极流出沿导线流入正极。

②电流方向：从正极沿导线流向鱼极。

③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

(4)盐桥作用

①连接内电路，形成闭合回路。

②平衡电荷(盐桥中阴离子移向负极，阳离子移向正极)，使原电池不断产生电流。

3.原电池原理的应用

(1)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。

(2)加快氧化还原反应的速率

一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀硫酸

反应时加入少量CuSOi溶液能使产生H?的反应速率加快。

(3)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Cu+2AgN0：；=2Ag+Cu(N03)2,负极用也，正极用Ag或C等,AgNth为电解质溶液。

［补短板］

(1)原电池反应必须是氧化还原反应，但自行发生的氧化还原反应并不一定是电极与电

解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。

(2)在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀硫酸反应时

加入少量CuSO,溶液，锌足量时，不影响产生比的物质的量，但稀硫酸足量时，产生H2的物

质的量要减少。

(3)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。如在Mg-NaOH(aq)-Al原电池中A1为负极；在Cu—浓硝酸

一Fe(Al)原电池中Cu为负极。

［基础判断］

(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。()

⑵在Mg-NaOH(aq)—A1电池中负极反应为A1—3/+40旷=人10r+240。()

(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应。()

(4)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。

()

(5)含盐桥的原电池工作时，盐桥中的阳离子向负极迁移。()

［答案］⑴X(2)V(3)X(4)X(5)X

［知识应用］

1.在如图所示的5个装置中，不能形成原电池的是(填序号)。③装置发

生的电极反应式为_______________________________________________

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负极：Fe—2e=Fe”,正极：2H++2e-=H2t

2.依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=C/+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示

(盐桥为盛有KNOa琼脂的U形管)。

CU(NO)2溶液Y

请回答下列问题：

(1)电极X的材料是；电解质溶液Y是(填化学式)o

(2)银电极为电池的________极，其电极反应为

⑶盐桥中的NO；移向溶液。

+

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

【关键能力•培养】

命题点1原电池的工作原理

1.(2019•武汉调研)下列装置为某实验小组设计的CuZn原电池，下列说法错误的是

)

A.装置甲中电子流动方向为：Zn-电流表fCu

B.装置乙比装置甲提供的电流更稳定

C.装置乙盐桥中可用装有琼胶的Na£Q,饱和溶液

D.若装置乙中盐桥用铁丝替代，反应原理发生改变

C［装置甲中Zn电极为负极，Cu电极为正极，电子从负极流出经导线流入正极，故电

子流动方向：Zn-电流表fCu,A项正确；装置甲中Zn与CuSOi溶液直接反应生成的Cu会

附着在Zn电极上，使电池效率降低，装置乙为带有盐桥的原电池，氧化反应和还原反应在

两池中分别发生，提供的电流更稳定，B项正确；装置乙盐桥中若用装有琼胶的Na£。,饱和

溶液，则COT向ZnSO,溶液中迁移，ZnSO,溶液中会产生沉淀，C项错误；若装置乙中盐桥用

铁丝替代，则形成两个串联的原电池，反应原理改变，D项正确。］

2.（双选）（2019•海淀区模拟）全锐电池以惰性材料作电极，在电解质溶液中发生的原

2+3+

电池反应为V0：（黄色）+V（紫色）+2H+=V（r（蓝色）+H20+V（绿色）。

c（H*）=2m。卜L",

阴离子为SO：

下列说法不正确的是（）

A.正极反应为VO2+2n++e-=V（）2++H2O

B.负极附近的溶液由紫色逐渐变为蓝色

C.反应每生成1mol压0时转移电子的物质的量为0.5mol

D.原电池使用过程中溶液的pH逐渐增大

BC［由电池总反应V0：（黄色）+严（紫色）+2H+=V02+（蓝色）+上0+

/+（绿色）可得，VOt为正极的活性物质，V?+为负极的活性物质，所以左室为正极室，右室

为负极室。正极反应为V0f+2H++e-=V（）2++H20,A项正确；负极反应为丫②+一/二丫计，

所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，B项错误；由电极反应VO!+2H++e-=V（）2

'+HQ可知，反应每生成1mol出0时转移电子的物质的量为1mol,C项错误；由原电池

总反应可知，反应过程中

H+被不断消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项正确。］

3.（2019•厦门模拟）将反应2Fe3++2「=±2Fe2++l2设计成如图所示的原电池。

灵敏检流计

r~0I

石墨、/石墨

--伤含）

FeClj:出和KC1

溶液、的盐桥

甲乙

下列说法不正确的是（)

A.盐桥中的K+移向FeCh溶液

B.反应开始时，乙中石墨电极反应式为2r—2e-=h

C.检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D.检流计读数为零后，在甲中溶入FeCk固体，乙中石墨电极为负极

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K+向FeCL溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中「失去电子，发生氧化反应，正

确；C项，当检流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当

加入Fe",导致平衡逆向移动，则Fe,+失去电子生成Fe时,作为负极，而乙中石墨成为正

极，错误。］

题后归纳・

原电池的工作原理简图

_I

髓凿凿嚣

阳离子一

，一阴离子,

—।电解质溶液I~~

注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。

②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向

正极。

命题点2原电池原理的应用

4.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀也SO,中，同时向a中滴入少量的CuSCh

溶液，如图表示产生H2的体积（。与时间（。的关系，其中正确的是

（）

D［a中Zn与CuSO,溶液反应置换出Cu,Zn的量减少，产生H?的量减少，但Zn、Cu

和稀H£0,形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。］

5.M、N、P、E四种金属，已知I：①M+N"=N+M2+；②M、P用导线连接放入NaIISO)

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

E"+2e-=E,N—2e-=N”。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是()

A.P>M〉N>EB.E>N>M>P

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

A[由①知，金属活动性：M>N；M、P用导线连接放入NaHSO,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«]

6.设计原电池装置证明Fe计的氧化性比O?+强。

(1)负极反应式：。

(2)正极反应式：。

(3)电池总反应方程式：»

(4)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：

①不含盐桥

②含盐桥

［答案］(l)Cu—2e-=Ci?+

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

⑶2Fe"+Cu=2Fe2++Cu2+

思维模型・

原电池设计的一般思路

(1)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。

(2)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一般选择与电极材料相同的

阳离子溶液。

(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合

回路。

喏述息2常见化学电源的工作原理

【必备知识•落实】

i.一次电池

(D碱性锌镒干电池

碱性锌镒干电池的负极是Zn,正极是MnO2,电解质是KOH,其电极反应如下：

负极：Zn+201「-2e—=ZnO+IbO；

正极：Mn0z+2HQ+2e-=Mn(OH)z+ZOFT；

总反应：Zn+Mn02+H20^Zn0+Mn(OH)2。

(2)银锌电池

银锌电池的负极是Zn,正极是Ag?0,电解质是KOH,其电极反应如下：

负极：Zn+20H—2e-=Zn(0H)2；

正极：AgQ+H20+2e-=2Ag+20H-；

总反应：Zn+Ag20+H2O=Zn(OIl)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(LiAlCL,)溶解在亚

硫酰氯(SOC1。中组成。其电极反应如下：

负极：8Li—8e^^8L1；

正极：3SOCl?+8e=6C1+S0F+2S；

总反应：8Li+3soek=6LiCl+Li2soa+2S。

2.二次电池

放电

铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2S0,(aq)^^2PbS0,(s)

+2H20(l)

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

(负举反应)―-A(阴极4应)

放电落(方电)

电

(正翼反应)----—卜阳极幺应)

也

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

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

［补短板］

⑴二次电池充电时的电极连接

连接

/负极：氧化反应一••还原反应:阴极\(一)

放电〈，充电-电源

,正极：还原反应一氧化反应:阳极/(+)

连接

即正极接正极，负极接负极。

(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应与放电时的正

极反应相反，充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。

3.燃料电池

燃料电池中的常见燃料有氢气、烧(CH」、GHe)、烧的衍生物(甲醇、乙醇)、CO、金属(Al、

Li等)，燃料在电池中的负极发生反应。

以氢氧燃料电池为例

介质酸性碱性

2H-4e"=4H+-

负极反应式22H2+40H-4e-=4H20

+-

正极反应式02+4H+4e=2H2002+2H20+4e~=40H"

电池总反应式2H2+02=2H20

注意：①燃料电池的电极不参加电极反应，通入的燃料发生负极反应，发生正极反应。

②书写电极反应式时，注意介质参与的反应。

［知识应用］

1.某碱性蓄电池的总反应式为

放电

Fe+Ni203+3H20^^Fe(OH)2+2Ni(0H)2«

写出充、放电时电极反应式：

(1)放电时：负极：_______________________________________________

正极：«

(2)充电时：阴极：_______________________________________________

阳极：。

［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.以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式

I"正极•

(1)酸性溶液(或，含质子交换膜)L,1一

［负极：____________________________

'正极.

(2)碱性溶液心显

I负极：

固体氧化物

(3)

(其中O'-可，以在固体介质，中自由移动)

，正极：___________________________

__________________________________________________________________________f

,负极：

X.；

熔融碳酸(正极(通入C02)：，

(4)

盐(c(r)［负极：o

3

［答案］⑴正极：/+6屋+6H+=3乩0

+

负极：CH30H-6e"+H20=C02+6H

3

⑵正极：92+61+3H2()=60H

-

负极：CIhOH—6e一+80H=C0r+6II20

3

_2_

(3)正极:^02+6e=30

2-

负极：CH30H-6e"+30=C02+2H20

3

(4)正极：^02+6e-+3C02=3C03

-

负极：CILOH-6e+3COr=4CO2+2H20

题后归纳•

化学电源中电极反应式书写的一般方法

(1)明确两极的反应物；

(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；

(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质微粒，确定最终产物;

(4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。

注意：①H+在碱性环境中不存在；②。2-在水溶液中不存在，在酸性环境中结合1广，生

成比0,在中性或碱性环境结合HQ,生成；③若己知总反应式时，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，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。

【关键能力•培养】

命题点1一次电池与二次电池的工作原理分析

1.0?辅助的A1C0?电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用COz,电池反

-

应产物AkCO,"是重要的化工原料。该电池多孔碳电极的反应式为602+6e=607,6C02

+60J=3CQj+602«该装置工作时下列说法不正确的是（）

co2

02

含A1CL的尚子液体

A.多孔碳电极有利于气体扩散至电极表面

B.铝电极上的电势比多孔碳电极上的高

C.反应过程中5的作用是催化剂

D.该电池的总反应式为：2A1+6c02=Ak（C20,）3

B［多孔碳电极可以增大与气体的接触面积，有利于气体扩散至电极表面，A项正确：

铝电极为负极，多孔碳电极为正极，因此铝电极的电势比多孔碳电极的电势低，B项错误；

根据多孔碳电极的反应式可知，正极总反应为6co2+6e-=3Q0『，0,不参与正极的总反应,

其作用是催化剂，C项正确；铝电极为负极，负极反应为2Al-6e-=2Al'+,正极总反应为

-

6C02+6e=3C20r,贝U电池总反应为2A1+6coz=A12（C2（）,）3,D项正确。］

2.（2019•济宁模拟）一种可充电钙离子电池放电时的工作原理如图所示，其中以Ca£ne

和石墨烯为电极材料，以溶有六氟磷酸钙［Ca（PF6）2］的碳酸酯类溶剂为电解质溶液。下列说

法正确的是（）

C^Sn.石枭烯

A.放电时，石墨烯为负极

B.放电时，外电路电子由石墨烯电极流向CaiSne电极

C.充电时，电解质溶液中的PFJ向石墨烯电极区迁移

D.充电时，a电极的电极反应式为C@7Sn6—14e-=7Ca"+6Sn

C［由题图中离子移动方向知，电池放电时，Ca?Sn6为负极，石墨烯为正极，A项错误;

放电时，外电路电子由Ca?Sn6电极流向石墨烯电极，B项错误；电池充电时电解质溶液中的

PF；向石墨烯电极区迁移，C项正确；充电时，a电极的电极反应式为7Ca?++6Sn+141

=Ca7Sn6,D项错误。］

3.（双选）（2019•陕西六校联考）摩拜单车可利用车篮处的太阳能电池板向智能锁中的

锂离子电池充电，锂离子电池反应原理为LiCo02+6C靛ii-CoOz+Li,Ce,装置示意图如

图所示。

下列说法错误的是（）

A.充电时，阴极质量增加，发生还原反应

B.充电时，电路中每有1mol电子通过，则有1molLi*通过聚合物电解质膜移向左

侧

C.该锂离子电池放电时，化学能转化为电能

D.放电时，正极的电极反应式为LiCoOz—xe-=Lii-£o02+iLi+

BD［充电时，阴极的电极反应式为6C+ALi++xe-=LiC,阴极质量增加，发生还原

反应，A正确；充电时，电路中每有1mol电子通过，则有1molLi卡由装置左侧通过聚合

物电解质膜移向右侧，B错误；该锂离子电池放电时，化学能转化为电能，C正确；放电时,

正极应该是Li-EoOz得电子发生还原反应，D错误。］

命题点2应用广泛的各类燃料电池的工作原理分析

4.某种熔融碳酸盐燃料电池以LizCOs、K2CO3为电解质、以CH,为燃料时，该电池工作

原理如图。下列说法正确的是（）

A.a为CH”b为CO?

B.CO;向正极移动

C.此电池在常温下也能工作

D.正极的电极反应式为02+2C02+4e-=2C07

D［电极反应式如下：

-

负极：CHi-8e+4C0r=5C02+21LO

正极：20z+8e-+4co2=4C0r

根据图示中电子的移向，可以判断a处通入甲烷，b处通入空气，COT应移向负极，由

于电解质是熔融盐，故此电池在常温下不能工作。］

5.（2019•湖北七市联考）现有二氧化硫空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。

下列说法不正确的是（）

S0「空气质子交换膜燃料电池的原理图

A.该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合

B.该电池工作时质子从Ptl电极经过内电路流到Pt2电极

C.Ptl电极附近发生的反应为SO2+2H2O—2e^=S0：+

4H+

D.Pt2电极附近发生的反应为。2+2屋+2H20=4产

D［二氧化硫空气质子交换膜燃料电池，吸收了空气中的二氧化硫起到了环保的作用，

产物中有硫酸，而且发电，A项不符合题意；SO?失去电子生成S0;，失电子，为负极，在

原电池中，阳离子向正极移动，H*从Ptl（负极）向Pt2（正极）移动，B项不符合题意；S02

失去电子生成S07，电解质溶液为酸性，根据得失电子守恒，负极的方程式为S0Z+2H20-

2e-=S0r+4H+,C项不符合题意；选项中的方程式。2+2屋+2H2。=4f，电荷不守恒，

应该为。2+4r+4H+=2HQ,D项符合题意。］

6.（双选）（2019•贵阳模拟）一种以液态肺（NN）为燃料的电池装置如图所示，该电池用

空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是

（）

A.b电极是正极

-

B.a电极的电极反应式：N2HI+40H+4e-=N2t+4H20

C.放电时，电子从a电极经过负载流向b电极

D.电池工作时，K*从正极移向负极

AC［燃料电池中正极上通入空气，故b电极为正极，A项正确；a电极为负极，负极上

2乩发生氧化反应：N2HL4e-+40fT=N2t+4HOB项错误；放电时，电子从负极(a电极)

经过负载流向正极(b电极)，C项正确；该装置交换膜为阴离子交换膜，电池工作时，0H

从正极移向负极，D项错误。］

思维模型・

燃料电池电极反应式书写模板

(1)首先写出正极反应式

①酸性电解质溶液环境下电极反应式：

+-

02+4H+4e=2H20；

②碱性电解质溶液环境下电极反应式：

-

02+2H20+4e=40ir；

③固体氧化物电解质(高温下能传导0")环境下电极反应式：02+4e-=

2(r；

④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：

-

02+2C02+4e=2C0r»

(2)根据总反应式减去正极反应式确定负极反应式。

命题点3原电池原理在实际生活中的应用

7.FFC剑桥法可由金属氧化物直接电解制备金属单质，西北稀有金属材料研究院利用

此法成功电解制备铝粉(Ta),其原理如图所示。下列说法正确的是

()

A.该装置将化学能转化为电能

B.a极为电源的正极

C.TaQs极发生的电极反应为Ta205+10e~=2Ta+50^

D.石墨电极上生成22.4LO2,则电路中通过的电子数为4X6.02X1()23

C［由题给装置可知，该装置有外接电源，属于电解池，可将电能转化为化学能，A项

错误；由0"移动方向可知，TaQ极为阴极，则a极为电源的负极，B项错误；TaG极发生

还原反应，电极反应式为Taz()5+10e-=2Ta+5(r,C项正确；石墨电极发生的电极反应为

2()2--4e-=02f(石墨电极与生成的氧气进一步反应生成CO、COJ,题中没有说明在所处

的温度和压强，无法计算氧气的物质的量和电路中通过的电子数，D项错误。］

8.（2019•肇庆模拟）如图是利用一种微生物将废水中的有机物（如淀粉）和废气NO的化

学能直接转化为电能，下列说法中一定正确的是（）

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

阳离子交换膜

・微生物

已有机废水

SH*

A.质子透过阳离子交换膜由右向左移动

B.电子流动方向为N-Y-X-M

C.M电极反应式：（C6H,o05）„+77?H20-24ne"=6nC02t+24nH*

D.当M电极微生物将废水中16.2g淀粉转化掉时，N电极产生134.4L附（标准状况

下）

C［由题给信息可知，该装置为原电池，由图可得：电解质溶液为酸性溶液，NO发生

还原反应生成瓯因为原电池中，正极上得电子发生还原反应，负极上失电子发生氧化反应,

则N为正极，M为负极，质子透过阳离子交换膜由负极区移动到正极区，即由左向右移动，

A错误；电子从负极（M极）流出，经外电路到X,经Y流入正极（N极），B错误；16.2g淀粉

（即0.1molCeHioOs）反应，转移2.4mol电子，因为正极（N极）反应为2N0+4H-+46-=岫

+2IL0,则N电极产生0.6mol氮气，在标准状况下的体积为13.44L,D错误。］

9.（双选）（2019•厦门第一次质量检测）铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污

水的一种工艺，装置如图。若上端开口关闭，可得到强还原性的（氢原子）；若上端开口

打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的（羟基自由基）。下列说法错误的是（）

A.无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe—3e.==Fe3+

B.不鼓入空气时，正极的电极反应式为

C.鼓入空气时，每生成1mol•0H有2mol电子发生转移

D.处理含有草酸（IMQJ的污水时，上端开口应打开并鼓入空气

AC［根据铁碳微电解装置示意图可知，Fe为原电池负极，发生氧化反应为Fe—2/

=Fe",故A错误；由题意可知上端开口关闭，可得到强还原性的H・，则不鼓入空气时,

正极的电极反应式为H++e-=H・，故B正确；鼓入空气时，正极的电极反应式为0z+2H'

+2e~=2•Oil,每生成1mol•OH有1mol电子发生转移，故C错误；处理含有草酸(H£。)

的污水时，因GO厂具有很强的还原性，与氧化剂作用易被氧化为CO?和HQ,则上端开口应

打开并鼓入空气生成强氧化性的•011,以氧化H2Go，处理污水，故D正确。］

:考点3金属的腐蚀与防护

【必备知识•落实】

1.金属的腐蚀

(1)本质

金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。可表示为

(2)类型

类型化学腐蚀电化学腐蚀

金属跟具有腐蚀性的化学物质

条件不纯金属或合金跟电解质溶液接触

接触

现象无电流产生直电流产生

本质金属被氧化较活泼金属被氧化

联系两者往往同时发生，电化学腐蚀手目普遍

2.电化学腐蚀的分类

以钢铁的腐蚀为例进行分析

类型析氢腐蚀吸氧腐蚀

水膜酸性较强(PHW4.3),如水膜酸性很弱或呈中性,如NaCl

条件

NH.,C1溶液溶液

电极材料负极Fe：Fe—2e-=Fe2+

C：2H++2e-=Ht"

及反应正极2C：02+2H20+4e-=40H

总反

Fe+2H+=Fe2++Ht

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

应式

联系吸氧腐蚀更普遍

［补短板］

(1)铁锈的成分为Fe。•AH20,其形成过程还涉及如下反应：

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

2Fe(0H)3=Fe203•加2。(铁锈)+(3一人)凡0。

(2)电解质所处环境决定金属的腐蚀方式：若电解质酸性较强，如NHC1、H2so,等，则

发生析氢腐蚀，相当于金属与酸构成原电池；若电解质为弱酸、中性、弱碱，则发生吸氧腐

蚀，相当于金属、氧气构成燃料电池。但对于不活泼金属如Cu只能发生吸氧腐蚀。

(3)两种腐蚀正极的现象不同：析氢腐蚀正极产生Hz,气体压强变大，pH增大；吸氧腐

蚀正极吸收0"气体压强变小，p【I增大。

3.金属的防护

(1)电化学防护

①牺牲阳极的阴极保护法一原电池原理

a.负极：比被保护金属活泼的金属；

b.被保护的金属设备。

②外加电流的阴极保护法一电解原理

a.阴极：被保护的金属设备；

b,阳极：惰性金属。

(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、电镀或表面钝化等方法。

注意：牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极，即发生氧化反应的电极

在原电池中也常称为阳极。

［知识应用］

1.实验探究(如图所示)

(1)若棉团浸有NH.C1溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为

右试管中现象是—

红罩水

⑵若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生腐蚀，正极反应式为

右试管中现象是—

［答案］(1)析氢2H++2-=H2t有气泡冒出

(2)吸氧0z+4e-+2H2。=40『导管内液面上升

自

Fe-二__：-Zn

磬的

3%NaCl溶液

2.为验证牺牲阳极的阴极保护法，如图所示：

(DFe作极，电极反应式为_________________________________

(2)Zn电极反应式为

(3)Fe电极附近滴加L［Fe(CN)6］溶液，溶液是否有蓝色沉淀生成？。

(4)若将Zn改为Cu,则Fe电极附近加K31Fe(CN)6］溶液，现象为,此现象的离

子方程式为__________________________________________________

［答案］(1)正或阴2H++2e-=H2t

(2)Zn—2e-=Zn2"

⑶否

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

【关鲤能力,培扪

命题点1金属的腐蚀原理及快慢分析

1.(2019•贵阳模拟)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上

有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式：

2Fe+2Hz0+02=2Fe(0H)2,Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(0H)3,再在一定条件下脱水

生成铁锈，其原理如图所示。

食盐水

下列说法正确的是()

A.铁片发生还原反应而被腐蚀

B.铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀

-

C.铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H20+02+4e=40H^

D.铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀

I)［结合题图知Fe失电子，化合价升高，被氧化，A项错误；铁锈结构疏松，不能保

护内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应：Fe-2e-=Fe2+,C项错

误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。］

2.一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是()

pH2466.5813.514

腐蚀快慢较快慢较快

Fe2+

主要产物F63O1Fe203Fe07

+-

在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为02+4H+4e=2H20

B.在pH<4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀

C.在pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀

D.在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓

A［A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为a+2H20+4e-=40H，故A符合题意;

B项，pIK4溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为21|++2鼠=压£,故

B不符合题意;C项,pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀,正极反应式为02+2H20+4e-=40H

一，故C不符合题意：D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会

减慢，故D不符合题意。］

3.（2019•河北九校联考）某实验小组利用下列装置探究电解质溶液的浓度对金属腐蚀

的影响：

装置

的

50mL5%的NaCl溶液50mL5%5mL5%NaCl

的NaQ溶液溶液+45mL蒸储水

装置I装置n

现象检流计指针不发生偏转检流计指针发生偏转

下列有关说法正确的是（）

A.装置I中的铁片均不会发生任何腐蚀

B.铁片d上可能发生的电极反应为Fe-3e-=Fe，+

C.利用K3［Fe（CN）］溶液可确定装置H中的正、负极

D.铁片a、c所处的NaCl溶液的浓度相等，二者腐蚀速率相等

C［装置I中因为两烧杯中NaCl溶液的浓度相等，两边电势相等，所以检流计指针不

发生偏转，但铁片a、b仍可发生普通的化学腐蚀，A项错误；铁片d上Fe发生反应生成Fe?

十,B项错误；装置H中负极发生反应：Fe—2e-=Fe",Fe"遇K3［Fe（CN”］溶液生成蓝色沉

淀，故可利用K3［Fe（CN）e］溶液确定装置H中的正、负极，C项正确；装置H中明显产生了电

流，电化学腐蚀比化学腐蚀要快得多，故铁片a、c的腐蚀速率不同，D项错误。］

4.如图所示，各烧杯中盛有海水,铁（含杂质C）在其中被腐蚀由快到慢的顺序为

（填序号）。

⑤⑥

［解析］②③④是原电池，⑤⑥是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序是：电解池的阳

极〉原电池的负极》化学腐蚀〉原电池的正极>电解池的阴极。

［答案］⑤④②①③⑥

题后归纳・

判断金属腐蚀快慢的方法

（1）对同一电解质溶液来说，腐蚀的快慢：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，腐蚀的快慢：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，金属腐蚀速率越快。

命题点2金属的电化学防护及实验探究

5.（双选）（2019•辽宁名校联考）高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽

腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是

，锌环