2020版新高考化學一輪復習第5章化學反應與能量轉化第3節(jié)化學能轉化為電能——電池教學案魯科版.docx

第3節(jié)化學能轉化為電能電池課標解讀要點網絡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理。3.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。 原電池工作原理及其應用1原電池的構成(1)概念和反應本質電化學上將這種能把化學能轉化為電能的裝置稱為原電池。(2)構成條件反應能發(fā)生自發(fā)進行的氧化還原反應(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)電極一般是活潑性不同的兩電極(金屬或石墨)閉合回路電解質溶液兩電極直接或間接接觸兩電極插入電解質溶液中2.原電池的工作原理如圖是CuZn原電池，請?zhí)羁眨?1)兩裝置的差別圖中Zn在CuSO4溶液中直接接觸Cu2，會有一部分Zn與Cu2直接反應，該裝置中既有化學能和電能的轉化，又有一部分化學能轉化成了熱能，裝置的溫度會升高，電能效率低。圖中Zn和CuSO4溶液分別在兩個池中，Zn與Cu2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Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反應類型氧化反應還原反應(3)原電池中的三個方向電子方向：從負極流出沿導線流入正極。電流方向：從正極沿導線流向負極。離子的遷移方向：電解質溶液中，陰離子向負極遷移，陽離子向正極遷移。(4)鹽橋作用連接內電路，形成閉合回路。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CuSO4溶液能使產生H2的反應速率加快。(3)設計制作化學電源首先將氧化還原反應分成兩個半反應。根據原電池的反應特點，結合兩個半反應找出正、負極材料和電解質溶液。如Cu2AgNO3=2AgCu(NO3)2，負極用Cu，正極用Ag或C等，AgNO3為電解質溶液。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，要注意對產物量的理解，Zn與稀硫酸反應時加入少量CuSO4溶液，鋅足量時，不影響產生H2的物質的量，但稀硫酸足量時，產生H2的物質的量要減少。(3)原電池的正極和負極與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關，不要形成活潑電極一定作負極的思維定勢。如在MgNaOH(aq)Al原電池中Al為負極；在Cu濃硝酸Fe(Al)原電池中Cu為負極。(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。()(2)在MgNaOH(aq)Al電池中負極反應為Al3e4OH=AlO2H2O。()(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溶液形成閉合回路，所以有電流產生。()(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(1)(2)(3)(4)(5)1在如圖所示的5個裝置中，不能形成原電池的是_ (填序號)。裝置發(fā)生的電極反應式為_。答案負極：Fe2e=Fe2，正極：2H2e=H22依據氧化還原反應：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)設計的原電池如圖所示(鹽橋為盛有KNO3瓊脂的U形管)。請回答下列問題：(1)電極X的材料是_；電解質溶液Y是_(填化學式)。(2)銀電極為電池的_極，其電極反應為_。(3)鹽橋中的NO移向_溶液。答案(1)CuAgNO3溶液(2)正Age=Ag(3)Cu(NO3)2命題點1原電池的工作原理1(2019武漢調研)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()甲乙A裝置甲中電子流動方向為：Zn電流表CuB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Na2CO3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，電子從負極流出經導線流入正極，故電子流動方向：Zn電流表Cu，A項正確；裝置甲中Zn與CuSO4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Na2CO3飽和溶液，則CO向ZnSO4溶液中遷移，ZnSO4溶液中會產生沉淀，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)全釩電池以惰性材料作電極，在電解質溶液中發(fā)生的原電池反應為VO(黃色)V2(紫色)2H=VO2(藍色)H2OV3(綠色)。下列說法不正確的是()A正極反應為VO2He=VO2H2OB負極附近的溶液由紫色逐漸變?yōu)樗{色C反應每生成1 mol H2O時轉移電子的物質的量為0.5 molD原電池使用過程中溶液的pH逐漸增大BC由電池總反應VO(黃色)V2(紫色)2H=VO2(藍色)H2OV3(綠色)可得，VO為正極的活性物質，V2為負極的活性物質，所以左室為正極室，右室為負極室。正極反應為VO2He=VO2H2O，A項正確；負極反應為V2e=V3，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VO2He=VO2H2O可知，反應每生成1 mol H2O時轉移電子的物質的量為1 mol，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2Fe32I2Fe2I2設計成如圖所示的原電池。下列說法不正確的是 ()A鹽橋中的K移向FeCl3溶液B反應開始時，乙中石墨電極反應式為2I2e=I2C檢流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D檢流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負極DA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FeCl3溶液遷移，正確；B項，反應開始時，乙中I失去電子，發(fā)生氧化反應，正確；C項，當檢流計讀數為零時，說明沒有電子發(fā)生轉移，反應達到平衡，正確；D項，當加入Fe2，導致平衡逆向移動，則Fe2失去電子生成Fe3，作為負極，而乙中石墨成為正極，錯誤。原電池的工作原理簡圖注意：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)。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等質量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時向a中滴入少量的CuSO4溶液，如圖表示產生H2的體積(V)與時間(t)的關系，其中正確的是() ABCDDa中Zn與CuSO4溶液反應置換出Cu，Zn的量減少，產生H2的量減少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原電池，加快反應速率，D項圖示符合要求。5M、N、P、E四種金屬，已知：MN2=NM2；M、P用導線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡逸出；N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應為E22e=E，N2e=N2。則這四種金屬的還原性由強到弱的順序是 ()APMNEBENMPCPNME DEPMNA由知，金屬活動性：MN；M、P用導線連接放入NaHSO4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：PM；N、E構成的原電池中，N作負極，故金屬活動性：NE。6設計原電池裝置證明Fe3的氧化性比Cu2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溶液：不含鹽橋含鹽橋答案(1)Cu2e=Cu2(2)2Fe32e=2Fe2(3)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(4)原電池設計的一般思路(1)正、負極材料的選擇：根據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)電解質溶液的選擇：電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應，或者電解質溶液中溶解的其他物質能與負極發(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溶液。但應注意鹽橋不能畫成導線，要形成閉合回路。 常見化學電源的工作原理1一次電池(1)堿性鋅錳干電池堿性鋅錳干電池的負極是Zn，正極是MnO2，電解質是KOH，其電極反應如下：負極：Zn2OH2e=ZnOH2O；正極：MnO22H2O2e=Mn(OH)22OH；總反應：ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2。(2)銀鋅電池銀鋅電池的負極是Zn，正極是Ag2O，電解質是KOH，其電極反應如下：負極：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極：Ag2OH2O2e=2Ag2OH；總反應：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。(3)鋰電池鋰電池是用金屬鋰作負極，石墨作正極，電解質溶液由四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯(SOCl2)中組成。其電極反應如下：負極：8Li8e=8Li；正極：3SOCl28e=6ClSO2S；總反應：8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S。2二次電池鉛蓄電池是最常見的二次電池，總反應為Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)補短板(1)二次電池充電時的電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、烴(CH4、C2H6)、烴的衍生物(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酸性堿性負極反應式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正極反應式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH電池總反應式2H2O2=2H2O注意：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，O2發(fā)生正極反應。書寫電極反應式時，注意介質參與的反應。1某堿性蓄電池的總反應式為FeNi2O33H2OFe(OH)22Ni(OH)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(1)Fe2e2OH=Fe(OH)2Ni2O32e3H2O=2Ni(OH)22OH(2)Fe(OH)22e=Fe2OH2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O2以甲醇為燃料，寫出下列介質中的電極反應式(1)(2)堿性溶液(3)(4)答案(1)正極：O26e6H=3H2O負極：CH3OH6eH2O=CO26H(2)正極：O26e3H2O=6OH負極：CH3OH6e8OH=CO6H2O(3)正極：O26e=3O2負極：CH3OH6e3O2=CO22H2O(4)正極：O26e3CO2=3CO負極：CH3OH6e3CO=4CO22H2O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)明確直接產物：根據負極氧化、正極還原，明確兩極的直接產物；(3)確定最終產物：根據介質環(huán)境和共存原則，找出參與的介質微粒，確定最終產物；(4)配平：根據電荷守恒、原子守恒配平電極反應式。注意：H在堿性環(huán)境中不存在；O2在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結合H，生成H2O，在中性或堿性環(huán)境結合H2O，生成OH；若已知總反應式時，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。命題點1一次電池與二次電池的工作原理分析1O2輔助的AlCO2電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池反應產物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。該電池多孔碳電極的反應式為6O26e=6O，6CO26O=3C2O6O2。該裝置工作時下列說法不正確的是()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O2的作用是催化劑D該電池的總反應式為：2Al6CO2=Al2(C2O4)3B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；根據多孔碳電極的反應式可知，正極總反應為6CO26e=3C2O，O2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2Al6e=2Al3，正極總反應為6CO26e=3C2O，則電池總反應為2Al6CO2=Al2(C2O4)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Ca7Sn6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溶液。下列說法正確的是()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Ca7Sn6電極C充電時，電解質溶液中的PF向石墨烯電極區(qū)遷移D充電時，a電極的電極反應式為Ca7Sn614e=7Ca26SnC由題圖中離子移動方向知，電池放電時，Ca7Sn6為負極，石墨烯為正極，A項錯誤；放電時，外電路電子由Ca7Sn6電極流向石墨烯電極，B項錯誤；電池充電時電解質溶液中的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7Ca26Sn14e=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LiCoO26CLi1xCoO2LixC6，裝置示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是()A充電時，陰極質量增加，發(fā)生還原反應B充電時，電路中每有1 mol電子通過，則有1 mol Li通過聚合物電解質膜移向左側C該鋰離子電池放電時，化學能轉化為電能D放電時，正極的電極反應式為LiCoO2xe=Li1xCoO2xLiBD充電時，陰極的電極反應式為6CxLixe=LixC6，陰極質量增加，發(fā)生還原反應，A正確；充電時，電路中每有1 mol電子通過，則有1 mol Li由裝置左側通過聚合物電解質膜移向右側，B錯誤；該鋰離子電池放電時，化學能轉化為電能，C正確；放電時，正極應該是Li1xCoO2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Li2CO3、K2CO3為電解質、以CH4為燃料時，該電池工作原理如圖。下列說法正確的是 ()Aa為CH4，b為CO2BCO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O22CO24e=2COD電極反應式如下：負極：CH48e4CO=5CO22H2O正極：2O28e4CO2=4CO根據圖示中電子的移向，可以判斷a處通入甲烷，b處通入空氣，CO應移向負極，由于電解質是熔融鹽，故此電池在常溫下不能工作。5(2019湖北七市聯(lián)考)現(xiàn)有二氧化硫空氣質子交換膜燃料電池，其原理如圖所示。下列說法不正確的是()A該電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結合B該電池工作時質子從Pt1電極經過內電路流到Pt2電極CPt1電極附近發(fā)生的反應為SO22H2O2e=SO4HDPt2電極附近發(fā)生的反應為O22e2H2O=4HD二氧化硫空氣質子交換膜燃料電池，吸收了空氣中的二氧化硫起到了環(huán)保的作用，產物中有硫酸，而且發(fā)電，A項不符合題意；SO2失去電子生成SO，失電子，為負極，在原電池中，陽離子向正極移動，H從Pt1(負極)向Pt2(正極)移動，B項不符合題意； SO2失去電子生成SO，電解質溶液為酸性，根據得失電子守恒，負極的方程式為SO22H2O2e=SO4H，C項不符合題意；選項中的方程式O22e2H2O=4H，電荷不守恒，應該為O24e4H=2H2O，D項符合題意。6(雙選)(2019貴陽模擬)一種以液態(tài)肼(N2H4)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溶液作為電解質溶液。下列關于該電池的敘述正確的是()Ab電極是正極Ba電極的電極反應式：N2H44OH4e=N24H2OC放電時，電子從a電極經過負載流向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N2H4發(fā)生氧化反應：N2H44e4OH=N24H2O，B項錯誤；放電時，電子從負極(a電極)經過負載流向正極(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，OH從正極移向負極，D項錯誤。燃料電池電極反應式書寫模板(1)首先寫出正極反應式酸性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：O24H4e=2H2O；堿性電解質溶液環(huán)境下電極反應式：O22H2O4e=4OH；固體氧化物電解質(高溫下能傳導O2)環(huán)境下電極反應式：O24e=2O2；熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應式：O22CO24e=2CO。(2)根據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7FFC劍橋法可由金屬氧化物直接電解制備金屬單質，西北稀有金屬材料研究院利用此法成功電解制備鉭粉(Ta)，其原理如圖所示。下列說法正確的是()A該裝置將化學能轉化為電能Ba極為電源的正極CTa2O5極發(fā)生的電極反應為Ta2O510e=2Ta5O2D石墨電極上生成22.4 L O2，則電路中通過的電子數為46.021023C由題給裝置可知，該裝置有外接電源，屬于電解池，可將電能轉化為化學能，A項錯誤；由O2移動方向可知，Ta2O5極為陰極，則a極為電源的負極，B項錯誤；Ta2O5極發(fā)生還原反應，電極反應式為Ta2O510e=2Ta5O2，C項正確；石墨電極發(fā)生的電極反應為2O24e=O2(石墨電極與生成的氧氣進一步反應生成CO、CO2)，題中沒有說明O2所處的溫度和壓強，無法計算氧氣的物質的量和電路中通過的電子數，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的化學能直接轉化為電能，下列說法中一定正確的是()A質子透過陽離子交換膜由右向左移動B電子流動方向為NYXMCM電極反應式：(C6H10O5)n7nH2O24ne=6nCO224nHD當M電極微生物將廢水中16.2 g淀粉轉化掉時，N電極產生134.4 L N2(標準狀況下)C由題給信息可知，該裝置為原電池，由圖可得：電解質溶液為酸性溶液，NO發(fā)生還原反應生成N2，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，經外電路到X，經Y流入正極(N極)，B錯誤；16.2 g淀粉(即0.1 mol C6H10O5)反應，轉移2.4 mol電子，因為正極(N極)反應為2NO4H4e=N22H2O，則N電極產生0.6 mol氮氣，在標準狀況下的體積為13.44 L，D錯誤。9(雙選)(2019廈門第一次質量檢測)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H(氫原子)；若上端開口打開，并鼓入空氣，可得到強氧化性的OH(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Fe3e=Fe3B不鼓入空氣時，正極的電極反應式為He=HC鼓入空氣時，每生成1 molOH有2 mol電子發(fā)生轉移D處理含有草酸(H2C2O4)的污水時，上端開口應打開并鼓入空氣AC根據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Fe2e=Fe2，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He=H，故B正確；鼓入空氣時，正極的電極反應式為O22H2e=2OH，每生成1 molOH有1 mol電子發(fā)生轉移，故C錯誤；處理含有草酸(H2C2O4)的污水時，因C2O具有很強的還原性，與氧化劑作用易被氧化為CO2和H2O，則上端開口應打開并鼓入空氣生成強氧化性的OH，以氧化H2C2O4處理污水，故D正確。 金屬的腐蝕與防護1金屬的腐蝕(1)本質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?？杀硎緸镸ne=Mn。(2)類型類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬跟具有腐蝕性的化學物質接觸不純金屬或合金跟電解質溶液接觸現(xiàn)象無電流產生有電流產生本質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，電化學腐蝕更普遍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條件水膜酸性較強(pH4.3)，如NH4Cl溶液水膜酸性很弱或呈中性，如NaCl溶液電極材料及反應負極Fe：Fe2e=Fe2正極C：2H2e=H2C：O22H2O4e=4OH總反應式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍補短板(1)鐵銹的成分為Fe2O3xH2O，其形成過程還涉及如下反應：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(鐵銹)(3x)H2O。(2)電解質所處環(huán)境決定金屬的腐蝕方式：若電解質酸性較強，如NH4Cl、H2SO4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：析氫腐蝕正極產生H2，氣體壓強變大，pH增大；吸氧腐蝕正極吸收O2，氣體壓強變小，pH增大。3金屬的防護(1)電化學防護犧牲陽極的陰極保護法原電池原理a負極：比被保護金屬活潑的金屬；b正極：被保護的金屬設備。外加電流的陰極保護法電解原理a陰極：被保護的金屬設備；b陽極：惰性金屬。(2)改變金屬的內部結構，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。1實驗探究(如圖所示)(1)若棉團浸有NH4Cl溶液，鐵釘發(fā)生_腐蝕，正極反應式為_，右試管中現(xiàn)象是_。(2)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2H2e=H2有氣泡冒出(2)吸氧O24e2H2O=4OH導管內液面上升2為驗證犧牲陽極的陰極保護法，如圖所示：(1)Fe作_極，電極反應式為_。(2)Zn電極反應式為_。(3)Fe電極附近滴加K3Fe(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K3Fe(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2H2e=H2(2)Zn2e=Zn2(3)否(4)溶液中生成藍色沉淀3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62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：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2進一步被氧氣氧化為Fe(OH)3，再在一定條件下脫水生成鐵銹，其原理如圖所示。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：2H2OO24e=4OHD鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成了無數微小原電池，發(fā)生了電化學腐蝕D結合題圖知Fe失電子，化合價升高，被氧化，A項錯誤；鐵銹結構疏松，不能保護內層金屬，B項錯誤；鐵片腐蝕時，F(xiàn)e作負極，發(fā)生氧化反應：Fe2e=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 較快主要產物Fe2Fe3O4Fe2O3FeOA在pH14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應為O24H4e=2H2OB在pH6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AA項，pH14的溶液為堿性，正極反應式為O22H2O4e=4OH，故A符合題意；B項，pH6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應式為O22H2O4e=4OH，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溶液的濃度對金屬腐蝕的影響：裝置現(xiàn)象檢流計指針不發(fā)生偏轉檢流計指針發(fā)生偏轉下列有關說法正確的是()A裝置中的鐵片均不會發(fā)生任何腐蝕B鐵片d上可能發(fā)生的電極反應為Fe3e=Fe3C利用K3Fe(CN)6溶液可確定裝置中的正、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，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Fe2，B項錯誤；裝置中負極發(fā)生反應：Fe2e=Fe2，F(xiàn)e2遇K3Fe(CN)6溶液生成藍色沉淀，故可利用K3Fe(CN)6溶液確定裝置中的正、負極，C項正確；裝置中明顯產生了電流，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C)在其中被腐蝕由快到慢的順序為_(填序號)。解析是原電池，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。答案判斷金屬腐蝕快慢的方法(1)對同一電解質溶液來說，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：強電解質溶液中弱電解質溶液中非電解質溶液中。(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)對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，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()A通電時，鋅環(huán)是陽極，發(fā)生氧化反應B通電時，陰極上的電極反應為2H2O2e=H22OHC斷電時，鋅環(huán)上的電極反應為Zn22e=ZnD斷電時，不能防止鐵帽被腐蝕CD通電時，鋅環(huán)與電源正極相連，作陽極，發(fā)生氧化反應，A項正確；通電時，鐵帽為陰極，發(fā)生還原反應：2H2O2e=H22OH，B項正確；斷電時，形成原電池，鋅環(huán)為負極，發(fā)生氧化反應：Zn2e=Zn2，C項錯誤；斷電時，形成原電池，鐵帽為正極，此為犧牲陽極的陰極保護法，仍能防止鐵帽被腐蝕，D項錯誤。6(2018北京高考)驗證犧牲陽極的陰極保護法，實驗如下(燒杯內均為經過酸化的3%NaCl溶液)。在Fe表面生成藍色沉淀試管內無明顯變化試管內生成藍色沉淀下列說法不正確的是 ()A對比，可以判定Zn保護了FeB對比，K3Fe(CN)6可能將Fe氧化C驗證Zn保護Fe時不能用的方法D將Zn換成Cu，用的方法可判斷Fe比Cu活潑D中Zn作負極，發(fā)生氧化反應生成Zn2，F(xiàn)e作正極被保護，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，試管內無明顯變化。但中沒有Zn保護Fe，F(xiàn)e在酸性環(huán)境中發(fā)生析氫腐蝕，F(xiàn)e作負極被氧化生成Fe2，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，生成藍色沉淀，對比可知Zn保護了Fe，A項正確；與的區(qū)別在于：前者是將鐵氰化鉀溶液直接滴入燒杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加鐵氰化鉀溶液，中出現(xiàn)了藍色沉淀，說明有Fe2生成。對比分析可知，可能是鐵氰化鉀氧化Fe生成了Fe2，B項正確；通過上述分析可知，驗證Zn保護Fe時不能用的方法，C項正確；若將Zn換成Cu，鐵氰化鉀仍會將Fe氧化為Fe2，在鐵的表面同樣會生成藍色沉淀，所以無法判斷Fe2是不是負極產物，即無法判斷Fe與Cu的活潑性，D項錯誤。 新型化學電池與間接電池科學探究與社會責任分析近三年高考試題，新型化學電池與間接電池的原理分析在三套全國卷中特別受到關注。此類試題題材廣、信息新、陌生度高，對考生的要求特別高。但往往是起點高，落點低，只要細心分析，實際得分較高。體現(xiàn)了“科學探究和社會責任”的化學核心素養(yǎng)。1命題分析命題專家往往根據新型電池與間接電池的裝置特點、結合新背景、新介質、新電極材料等方面，關注下列命題角度：(1)電極的判斷及其電極反應式的書寫或判斷。(2)兩極產物及兩極反應類型的判斷。(3)兩極附近溶液的pH變化或計算。(4)電子、電流、離子移動方向，交換膜的判斷。(5)電子守恒的相關計算。2新型電池的原理示例分析(1)鎳氫電池(KOH溶液)：NiOOHMHNi(OH)2M負極反應式：MHeOH=MH2O；正極反應式：NiOOHeH2O=Ni(OH)2OH。(2)鋰離子電池總反應式：xLiLi1xMn2O4LiMn2O4負極反應式：xLixe=xLi；正極反應式：Li1xMn2O4xexLi=LiMn2O4。(3)研究人員研制出一種可快速充放電的超性能鋁離子電池，Al、Cn為電極，有機陽離子與陰離子(AlCl、Al2Cl)組成的離子液體為電解質，如圖為該電池放電過程示意圖。負極反應式：Al3e7AlCl=4Al2Cl；正極反應式：3CnAlCl43e=3Cn3AlCl。(4)我國科學家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的NaCO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液，鈉和負載碳納米管的鎳網分別作為電極材料，電池的總反應式：3CO24Na2Na2CO3C。負極反應：4Na4e=4Na正極反應：3CO24e=C2CO注意：平時復習時，要多積累新型電池的電極反應。典例導航(2019全國卷)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成，電池工作時MV2/MV在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯誤的是()A相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫和，同時還可提供電能B陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應H22MV2=2H2MVC正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應生成NH3D電池工作時質子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動思路點撥BA項，該反應中，可產生電流，反應條件比較溫和，沒有高溫高壓條件，正確；B項，該生物燃料電池中，左端電極反應式為MVe=MV2，則左端電極是負極，應為負極區(qū)，在氫化酶作用下，發(fā)生反應H22MV2=2H2MV，錯誤；C項，右端電極反應式為MV2e=MV，是正極，在正極區(qū)N2得到電子生成NH3，發(fā)生還原反應，正確；D項，原電池中，內電路中H通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動，正確。間接電化學反應原理分析(1)定義：間接電化學反應是以具有“電子傳遞”功能的物質為媒質(催化劑)，對反應基質進行間接氧化或還原，從而得到目的產物。(2)原理：媒質也稱為“電對”或“介對”，其首先在電極表面失去(或得到)電子，形成氧化態(tài)(或還原態(tài))在電解溶液中進一步氧化(或還原)反應基質，最終生成目的產物。其原理如下圖所示：題型1新型化學電池的原理分析1(2019撫順一模)有一種新型二次電池其放電時的工作原理如圖所示：電池兩極區(qū)用陽離子交換膜隔開，下列說法錯誤的是()A電池放電時的正極反應為I2e=3IB電池充電時，電解質為K2S2和K2S4極區(qū)的電極連接外加電源的負極C電池放電時當有0.2 mol K通過離子交換膜，電路中轉移了0.2 mol eD電池充電時，陰極反應式為2S2e=SD放電時，由圖知K從K2S2和K2S4極區(qū)移向KI3KI極區(qū)，則K2S2和K2S4極區(qū)為負極，KI3KI極區(qū)為正極，正極反應為I2e=3I，A項正確；電池充電時，K2S2和K2S4極區(qū)得到電子發(fā)生還原反應為陰極，電極連接外加電源的負極，KI3KI極區(qū)失去電子發(fā)生氧化反應為陽極，電極連接外加電源的正極，B項正確；電池放電時，負極的電極反應式為2S2e=S，故當有0.2 mol K通過離子交換膜，電路中轉移0.2 mol e，C項正確；充電時，陰極發(fā)生還原反應，得電子，D錯誤。2(2019青島一模)水系鋅離子電池是一種新型二次電池，工作原理如下圖。該電池以粉末多孔鋅電極(鋅粉、活性炭及粘結劑等)為負極，V2O5為正極，三氟甲磺酸鋅Zn(CF3SO3)2為電解液。下列敘述錯誤的是()A放電時，Zn2向V2O5電極移動B充電時，陽極區(qū)電解液的濃度變大C充電時，粉末多孔鋅電極發(fā)生還原反應D放電時，V2O5電極上的電極反應式為V2O5xZn22xe=ZnxV2O5B放電時，陽離子向正極移動，所以Zn2向V2O5電極移動，故正確；充電時，陽極區(qū)發(fā)生氧化反應，鋅離子通過陽離子交換向左移動，所以陽極區(qū)電解液的濃度變小，故錯誤；充電時，粉末多孔鋅電極為陰極，發(fā)生還原反應，故正確；放電時，V2O5電極上的電極反應式為V2O5xZn22xe=ZnxV2O5，故正確。題型2間接電池的原理分析3(2019茂名模擬)煤的電化學脫硫是借助煤在電解槽陽極發(fā)生的電化學氧化反應，將煤中黃鐵礦(FeS2)或有機硫化物氧化成可溶于水的含硫化合物而達到凈煤目的，如圖是一種脫硫機理，則下列說法正確的是()電極a黃鐵礦MnSO4、H2SO4混合溶液未反應黃鐵礦電解產品AMn3充當了電解脫硫過程的催化劑B電極a應與電源負極相連C脫硫過程中存在的離子反應為8H2OFeS215Mn3=Fe316H2SO15Mn2D陰極發(fā)生的反應為2H2O2e=4HO2C電解初期，電極a發(fā)生Mn2e=Mn3，電解后期Mn3又被還原，Mn3充當了電解脫硫過程的中間產物，A錯誤；電極a發(fā)生為Mn2e=Mn3，是電解池的陽極，應與電源的正極相連，B錯誤；脫硫過程中Mn3將FeS2氧化成Fe3和SO，存在的離子反應為8H2OFeS215Mn3=Fe316H2SO15Mn2，C正確；陰極發(fā)生的反應為4H4eO2=2H2O，D錯誤。4(雙選)(2019河南、河北兩省名校省際聯(lián)考)世界某著名學術刊物近期介紹了一種新型中溫全瓷鐵空氣電池，其結構如圖所示。下列有關該電池放電時的說法正確的是()Aa極發(fā)生還原反應B正極的電極反應式為FeOx2xe=FexO2C若有22.4 L(標準狀況下)空氣參與反應，則電路中有4 mol電子轉移D鐵表面發(fā)生的反應為xH2O(g)Fe=FeOxxH2ADa極是O2得電子，發(fā)生還原反應，A正確；正極反應為O24e=2O2，B錯誤；22.4 L(標準狀況下)空氣中的O2小于1 mol，轉移電子的物質的量小于4 mol，C錯誤。1(2019全國卷)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性，科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3DZn)可以高效沉積ZnO的特點，設計了采用強堿性電解質的3DZnNiOOH二次電池，結構如圖所示。電池反應為Zn(s)2NiOOH(s)H2O(l)ZnO(s)2Ni(OH)2(