一輪復(fù)習(xí)學(xué)案第六單元第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能-電池

第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池備考要點(diǎn)素養(yǎng)要求1.理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用。2.能書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。3.了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理。4.理解金屬發(fā)生電化腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。1.變化觀念與平衡思想:認(rèn)識(shí)原電池的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。能多角度、動(dòng)態(tài)地分析原電池中物質(zhì)的變化及能量的轉(zhuǎn)換。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:能利用典型的原電池裝置,分析原電池原理,建立解答原電池問題的思維模型,并利用模型揭示其本質(zhì)及規(guī)律。3.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任:具有可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念,能對(duì)與原電池有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題作出正確的價(jià)值判斷?？键c(diǎn)一原電池的工作原理必備知識(shí)自主預(yù)診知識(shí)梳理1.原電池定義及本質(zhì)原電池是把能轉(zhuǎn)化為能的裝置。其反應(yīng)本質(zhì)是的反應(yīng)。

2.原電池的構(gòu)成條件電極兩極為導(dǎo)體,且存在活動(dòng)性差異(燃料電池除外)溶液兩極插入溶液中

回路形成閉合回路或兩極直接接觸本質(zhì)看能否發(fā)生反應(yīng)

3.原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例)電極名稱負(fù)極正極電極材料

電極反應(yīng)Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu電極質(zhì)量變化

反應(yīng)類型反應(yīng)

反應(yīng)

電子流向由沿導(dǎo)線流向

鹽橋中離子移向鹽橋中裝有含飽和KCl溶液的瓊膠,K+移向極,Cl-移向極

鹽橋作用a.連接內(nèi)電路形成閉合回路。b.維持兩電極電勢(shì)差(中和電荷),使電池能持續(xù)提供電流裝置差異比較原電池Ⅰ:溫度升高,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能,兩極反應(yīng)在同一溶液中,部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),使電池效率降低;原電池Ⅱ:溫度不變,化學(xué)能只轉(zhuǎn)化為,兩極反應(yīng)在不同溶液中,Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定

4.原電池中的三個(gè)移動(dòng)方向(1)電子移動(dòng)方向:從極流出沿導(dǎo)線流入極。

(2)電流方向:從極沿導(dǎo)線流向極。

(3)離子遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向極遷移,陽(yáng)離子向極遷移。

溫馨提示在原電池反應(yīng)過(guò)程中,“離子不上線,電子不下水”。5.原電池原理的四大應(yīng)用(1)比較金屬的活潑性強(qiáng)弱。原電池中,一般是活潑性較強(qiáng)的金屬,一般是活潑性較弱的金屬(或非金屬)。

(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率。氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí),反應(yīng)速率加快。(3)用于金屬的防護(hù)。將需要保護(hù)的金屬制品作為原電池的而受到保護(hù)。如要保護(hù)一個(gè)鐵質(zhì)的輸水管道不被腐蝕,可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連,為原電池的負(fù)極。

(4)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源。①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②根據(jù)原電池的工作原理,結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng),選擇正、負(fù)電極材料以及電解質(zhì)溶液。自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)理論上,任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池。()(2)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極。()(3)在鋅銅原電池中,因?yàn)橛须娮油ㄟ^(guò)電解質(zhì)溶液形成閉合回路,所以有電流產(chǎn)生。()(4)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極,活潑金屬一定為負(fù)極。()(5)原電池工作時(shí),溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng),鹽橋中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。()(6)某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋內(nèi)可以是含KCl飽和溶液的瓊脂。()(7)因?yàn)殍F的活潑性強(qiáng)于銅,所以將鐵、銅用導(dǎo)線連接后放入濃硝酸中組成原電池,必是鐵為負(fù)極、銅為正極。()2.在如圖所示的4個(gè)裝置中,不能形成原電池的是(填序號(hào)),并指出原因。

關(guān)鍵能力考向突破考向1原電池工作原理【典例1】(2020天津化學(xué),11)熔融鈉-硫電池性能優(yōu)良,是具有應(yīng)用前景的儲(chǔ)能電池。右圖中的電池反應(yīng)為2Na+xSNa2Sx(x=5~3,難溶于熔融硫)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.Na2S4的電子式為Na+[··S··B.放電時(shí)正極反應(yīng)為xS+2Na++2e-Na2SxC.Na和Na2Sx分別為電池的負(fù)極和正極D.該電池是以Na-β-Al2O3為隔膜的二次電池對(duì)點(diǎn)演練1圖中四種電池裝置是依據(jù)原電池原理設(shè)計(jì)的,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.①中鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)B.②中電子由a電極經(jīng)電流表流向b電極C.③中電流由A電極流向B電極D.④中LixC6作負(fù)極規(guī)律小結(jié)判斷原電池正、負(fù)極的五種方法注意:原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),不能認(rèn)為活潑金屬電極一定為負(fù)極?？枷?原電池電極反應(yīng)的書寫【典例2】Al-MnO4-電池是一種高能電池,以Ga2O3為緩蝕劑,其示意圖如圖所示。已知電池總反應(yīng)為Al+MnO4-+2H2O[Al(OH)4]-+MnO2。下列說(shuō)法正確的是A.正極的電極反應(yīng)為MnO4-+4H++3e-MnO2+2H2B.電池工作時(shí),電子由Al經(jīng)電解質(zhì)溶液流向NiC.負(fù)極反應(yīng)為Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-D.電池工作時(shí),Ni電極周圍溶液pH減小對(duì)點(diǎn)演練2(1)在Fe、Cu和稀硫酸組成的原電池中,負(fù)極反應(yīng)為,正極反應(yīng)為,電池總反應(yīng)為。

(2)由Pb、Cu與氯化鐵溶液組成的原電池,其正極反應(yīng)為,負(fù)極反應(yīng)為。

(3)由Al、Cu與濃硝酸組成的原電池,其負(fù)極反應(yīng)為。

(4)與MnO2-Zn電池類似,K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應(yīng)為,該電池總反應(yīng)的離子方程式為。

易錯(cuò)警示原電池電極反應(yīng)書寫時(shí)的注意事項(xiàng)(1)負(fù)失氧、正得還。(2)注意溶液的酸堿性,視情況在電極反應(yīng)方程式兩邊添加H+、OH-、H2O等,使其符合電荷守恒和質(zhì)量守恒。(3)注意電極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。(4)活潑金屬不一定為負(fù)極,如鎂、鋁和氫氧化鈉溶液組成的電池中,鋁為負(fù)極?？枷?原電池原理的應(yīng)用【典例3】有a、b、c、d四個(gè)金屬電極,有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下:實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減少;b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生;c極無(wú)變化d極溶解;c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活潑性順序是()A.a>b>c>dB.b>c>d>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c對(duì)點(diǎn)演練3依據(jù)氧化還原反應(yīng):2Ag+(aq)+Cu(s)Cu2+(aq)+2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示(鹽橋中裝有含KNO3飽和溶液的瓊膠)。請(qǐng)回答下列問題:(1)電極X的材料是;電解質(zhì)溶液的溶質(zhì)Y是(填化學(xué)式)。

(2)銀電極為電池的極,其電極反應(yīng)為。

(3)鹽橋中的NO3-移向方法點(diǎn)撥設(shè)計(jì)原電池的步驟拆分反應(yīng)—將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)↓選擇電極材料—還原劑(一般為比較活潑金屬)為負(fù)極,活潑性比負(fù)極弱的金屬或非金屬導(dǎo)體為正極↓構(gòu)成閉合回路—如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋),則兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料相同元素的金屬陽(yáng)離子↓畫出裝置圖—結(jié)合要求及反應(yīng)特點(diǎn),畫出原電池裝置圖,標(biāo)出電極材料名稱、正極和負(fù)極及電解質(zhì)溶液等考點(diǎn)二化學(xué)電源必備知識(shí)自主預(yù)診知識(shí)梳理1.一次電池堿性鋅錳干電池負(fù)極材料:

電極反應(yīng):

正極材料:

電極反應(yīng):

總反應(yīng):

鋅銀電池負(fù)極材料:

電極反應(yīng):

正極材料:

電極反應(yīng):

總反應(yīng):

2.二次電池鉛蓄電池是一種常見的二次電池,總反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O3.燃料電池(1)氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池,可分為酸性和堿性兩種。類型酸性堿性負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

電池總反應(yīng)

特點(diǎn)燃料電池的電極本身不參與反應(yīng),燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給并在電極上進(jìn)行反應(yīng)(2)以CO為燃料氣,請(qǐng)分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負(fù)極的電極反應(yīng)和總反應(yīng)。電解質(zhì)類型電極反應(yīng)或總反應(yīng)①酸性介質(zhì)正極

負(fù)極

總反應(yīng)

②堿性介質(zhì)正極

負(fù)極

總反應(yīng)

③固體氧化物(其中O2-可以在固體介質(zhì)中自由移動(dòng))正極

負(fù)極

總反應(yīng)

④熔融碳酸鹽(CO3正極

負(fù)極

總反應(yīng)

(3)鋁-空氣-海水電池。負(fù)極材料為鋁片,正極材料為鉑片,電解質(zhì)溶液為海水。負(fù)極反應(yīng):。

正極反應(yīng):。

總反應(yīng):。

自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)堿性鋅錳干電池是一次電池,其中MnO2是催化劑,可使鋅錳干電池的比能量高、可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)。()(2)手機(jī)、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池。()(3)鉛酸蓄電池放電時(shí),正極與負(fù)極質(zhì)量均增加。()(4)若使反應(yīng)Fe+2Fe3+3Fe2+以原電池方式進(jìn)行,可用鋅、鐵為電極材料。()(5)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒,然后熱能轉(zhuǎn)化為電能。()(6)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)為2CH3OH-12e-+6O2-2CO2↑+4H2O。()(7)堿性氫氧燃料電池中負(fù)極反應(yīng)為2H2-4e-4H+。()(8)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下,甲烷燃料電池正極電極反應(yīng)為O2+4e-+2CO22CO32-。(2.如圖是甲烷燃料電池的工作原理示意圖,根據(jù)燃料電池有關(guān)知識(shí)回答:a電極為燃料電池的(填“正極”或“負(fù)極”),其電極反應(yīng)為;電池總反應(yīng)為。

關(guān)鍵能力考向突破考向1一次電池【典例1】普通鋅錳干電池的簡(jiǎn)圖如圖所示,它是用鋅皮制成的鋅筒作為電極,中央插一根石墨棒,石墨棒頂端加一銅帽。在石墨棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物,并用離子可以通過(guò)的長(zhǎng)纖維紙包裹作隔膜,隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液。該電池工作時(shí)的總反應(yīng)為Zn+2NH4++2MnO2[Zn(NH3)2]2++2MnO(OH)。下列關(guān)于鋅錳干電池的說(shuō)法中正確的是(干電池示意圖A.當(dāng)該電池電壓逐漸下降后,利用電解原理能重新充電復(fù)原B.電池負(fù)極反應(yīng)為2MnO2+2NH4++2e-Mn2O3+2NH3+H2C.原電池工作時(shí),電子從負(fù)極通過(guò)外電路流向正極D.外電路中每通過(guò)0.1mol電子,鋅的質(zhì)量理論上減少6.5g對(duì)點(diǎn)演練1某Al-MnO4-電池原理如圖所示,電池總反應(yīng)的離子方程式為Al+MnO4-+2H2O[Al(OH)4]-+MnO2,下列說(shuō)法正確的是A.電池工作時(shí),K+向負(fù)極區(qū)移動(dòng)B.Al電極發(fā)生還原反應(yīng)C.正極的電極反應(yīng)式為MnO4-+4H++3e-MnO2+2H2D.理論上電路中每通過(guò)1mol電子,負(fù)極質(zhì)量減小9g方法技巧化學(xué)電源中電極反應(yīng)的書寫方法(1)拆分法:①寫出原電池的總反應(yīng),如2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。②把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng),注明正、負(fù)極,并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及電子得失守恒配平兩個(gè)半反應(yīng):(正極)2Fe3++2e-2Fe2+,(負(fù)極)Cu-2e-Cu2+。(2)加減法:①寫出總反應(yīng)。如Li+LiMn2O4Li2Mn2O4。②寫出其中容易寫出的一個(gè)電極反應(yīng)(正極反應(yīng)或負(fù)極反應(yīng))。如Li-e-Li+(負(fù)極反應(yīng))。③利用總反應(yīng)減去容易寫出的一個(gè)電極反應(yīng),得到另一個(gè)電極反應(yīng),如LiMn2O4+Li++e-Li2Mn2O4(正極反應(yīng))?？枷?新型可充電電池【典例2】(2020全國(guó)1,12)科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如下,電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時(shí),溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)氫物質(zhì)甲酸等,為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-B.放電時(shí),1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC.充電時(shí),電池總反應(yīng)為2Zn(OH)42-2Zn+O2↑+4OH-+2HD.充電時(shí),正極溶液中OH-濃度升高對(duì)點(diǎn)演練2(2018全國(guó)2,12)我國(guó)科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液,鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料,電池的總反應(yīng)為:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí),ClO4B.充電時(shí)釋放CO2,放電時(shí)吸收CO2C.放電時(shí),正極反應(yīng)為:3CO2+4e-2CO32D.充電時(shí),正極反應(yīng)為:Na++e-Na方法技巧充電電池類題目的解答方法(1)電池放電時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng),充電時(shí)發(fā)生電解池反應(yīng),在充電時(shí)電池的負(fù)極接電源的負(fù)極,即負(fù)極接負(fù)極后為陰極,正極接正極后為陽(yáng)極。(2)充電時(shí)的陰極反應(yīng)與放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)、充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)與放電時(shí)的正極反應(yīng)分別互為逆反應(yīng)。(3)陽(yáng)極和負(fù)極都發(fā)生氧化反應(yīng),陰極和正極都發(fā)生還原反應(yīng)。(4)充電電池放電時(shí),電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子移向正極,陰離子移向負(fù)極,電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極;電池充電時(shí),電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子移向陰極,陰離子移向陽(yáng)極。(5)電極附近溶液的pH的變化,根據(jù)電極反應(yīng)進(jìn)行分析?？枷?燃料電池【典例3】(2020河南濮陽(yáng)模擬)氫氧熔融碳酸鹽燃料電池是一種高溫電池(600~700℃),具有效率高、噪音低、無(wú)污染、燃料多樣、余熱利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)。氫氧熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如圖所示。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法不正確的是()A.電池工作時(shí),熔融碳酸鹽起到導(dǎo)電的作用并參與電極反應(yīng)B.負(fù)極反應(yīng)式為H2-2e-+CO32-CO2+HC.該電池可利用工廠中排出的CO2,減少溫室氣體的排放D.電池工作時(shí),外電路中流過(guò)0.2mol電子,消耗1.6gO2對(duì)點(diǎn)演練3(2020江蘇蘇州聯(lián)考)科學(xué)家設(shè)計(jì)出質(zhì)子膜H2S燃料電池,實(shí)現(xiàn)了利用H2S廢氣資源回收能量并得到單質(zhì)硫。質(zhì)子膜H2S燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.電極a為電池的負(fù)極B.電極b上發(fā)生的電極反應(yīng):O2+4H++4e-2H2OC.電路中每通過(guò)4mol電子,在正極消耗44.8LH2SD.每17gH2S參與反應(yīng),有1molH+經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)方法技巧書寫燃料電池電極反應(yīng)的技巧(1)首先寫出正極反應(yīng)(一般參加反應(yīng)的是O2)①酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)為O2+4H++4e-2H2O。②堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-。③固體氧化物電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)環(huán)境下電極反應(yīng)為O2+4e-2O2-。④熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)為O2+2CO2+4e-2CO32(2)根據(jù)電池總反應(yīng)減去正極反應(yīng)確定負(fù)極反應(yīng)。注意要消去總反應(yīng)和正極反應(yīng)中的O2?？键c(diǎn)三金屬的腐蝕與防護(hù)必備知識(shí)自主預(yù)診知識(shí)梳理1.化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較金屬腐蝕類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕定義金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)而引起的腐蝕當(dāng)不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng),比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕

區(qū)別電流產(chǎn)生

微弱電流產(chǎn)生

實(shí)質(zhì)與聯(lián)系(1)實(shí)質(zhì)都是失去電子被氧化而損耗;

(2)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時(shí)發(fā)生,但更普遍、危害性更大、腐蝕速率更快

2.鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕類型析氫腐蝕吸氧腐蝕表面水膜性質(zhì)

負(fù)極反應(yīng)

正極反應(yīng)

總反應(yīng)

其他反應(yīng)及產(chǎn)物4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O普遍性更普遍

3.金屬的防護(hù)(1)電化學(xué)防護(hù)。①犧牲陽(yáng)極法—原理

a.:比被保護(hù)金屬活潑的金屬。

b.:被保護(hù)的金屬設(shè)備。

②陰極電保護(hù)法—原理

a.:被保護(hù)的金屬設(shè)備。

b.:惰性電極。

(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成合金、不銹鋼等。(3)加防護(hù)層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。()(2)銅在酸性較強(qiáng)的溶液中均可發(fā)生析氫腐蝕。()(3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí),負(fù)極鐵失去電子生成Fe3+。()(4)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。()(5)鍍銅鐵制品鍍層受損后,鐵制品比鍍銅前更容易生銹。()(6)外加電流法是將被保護(hù)金屬接在直流電源的正極。()(7)在船體外嵌入鋅塊,可以減緩船體的腐蝕,屬于犧牲陰極法。()(8)在潮濕的空氣中,鋼鐵表面形成水膜,金屬發(fā)生的一定是吸氧腐蝕。()2.實(shí)驗(yàn)探究(如圖所示)(1)若棉團(tuán)浸有NH4Cl溶液,鐵釘發(fā)生腐蝕,正極反應(yīng)為,右試管中現(xiàn)象是。

(2)若棉團(tuán)浸有NaCl溶液,鐵釘發(fā)生腐蝕,正極反應(yīng)為,右試管中現(xiàn)象是。

關(guān)鍵能力考向突破考向1金屬的腐蝕【典例1】(2020山東泰安三模)國(guó)產(chǎn)航母山東艦已經(jīng)列裝服役,它是采用模塊制造然后焊接組裝而成的,對(duì)焊接有著極高的要求。實(shí)驗(yàn)室模擬在海水環(huán)境和河水環(huán)境下對(duì)焊接金屬材料使用的影響(如圖)。下列相關(guān)描述中正確的是()A.由圖示的金屬腐蝕情況說(shuō)明了Sn的金屬活潑性強(qiáng)于FeB.由圖示可以看出甲是海水環(huán)境下的腐蝕情況,乙是河水環(huán)境下的腐蝕情況C.兩種環(huán)境下鐵被腐蝕時(shí)的電極反應(yīng)均為Fe-3e-Fe3+D.為了防止艦艇在海水中被腐蝕,可在焊點(diǎn)附近用鋅塊打“補(bǔ)丁”對(duì)點(diǎn)演練1如圖所示,各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序?yàn)?)A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥規(guī)律小結(jié)電化學(xué)腐蝕的規(guī)律(1)對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō),其他條件相同時(shí)腐蝕的快慢:強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(2)活潑性不同的兩金屬:活潑性差別越大,活潑性強(qiáng)的金屬腐蝕越快。(3)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō),電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快,且氧化劑的濃度越高,氧化性越強(qiáng),腐蝕越快(鈍化除外)。(4)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。考向2金屬腐蝕的防護(hù)【典例2】(2020江蘇化學(xué),11)將金屬M(fèi)連接在鋼鐵設(shè)施表面,可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在下圖所示的情境中,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.陰極的電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+B.金屬M(fèi)的活動(dòng)性比Fe的活動(dòng)性弱C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護(hù)D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快對(duì)點(diǎn)演練2(2018北京化學(xué),12)驗(yàn)證犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法,實(shí)驗(yàn)如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過(guò)酸化的3%NaCl溶液)。①②在Fe表面生成藍(lán)色沉淀試管內(nèi)無(wú)明顯變化續(xù)表③試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀下列說(shuō)法不正確的是()A.對(duì)比②③,可以判定Zn保護(hù)了FeB.對(duì)比①②,K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C.驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí)不能用①的方法D.將Zn換成Cu,用①的方法可判斷Fe比Cu活潑規(guī)律小結(jié)金屬防護(hù)效果比較:外接電流陰極保護(hù)法>犧牲陽(yáng)極保護(hù)法>有一般防護(hù)條件的防腐。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心速記1.原電池2.金屬的腐蝕與保護(hù)1.原電池中的能量轉(zhuǎn)化及本質(zhì)(1)能量轉(zhuǎn)化:化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)反應(yīng)本質(zhì):自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。2.原電池中粒子的“移動(dòng)方向”(1)外電路中電子移動(dòng)方向:負(fù)極→正極。(2)外電路中電流方向:正極→負(fù)極。(3)電池內(nèi)部離子移動(dòng)方向:陰離子→負(fù)極,陽(yáng)離子→正極。(4)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動(dòng)方向:K+→正極,Cl-→負(fù)極。3.判斷原電池正、負(fù)極的五種方法電極材料、電極反應(yīng)現(xiàn)象、電子移動(dòng)方向、離子移動(dòng)方向、得失電子。4.電化學(xué)腐蝕兩種類型的正極反應(yīng)(1)析氫腐蝕:2H++2e-H2↑(2)吸氧腐蝕:O2+2H2O+4e-4OH-06學(xué)科素養(yǎng)提升新型化學(xué)電源的應(yīng)用素養(yǎng)解讀高考中的新型電池,有“氫鎳電池”“高鐵電池”“堿性鋅錳電池”“海洋電池”“燃料電池”(如新型細(xì)菌燃料電池、氫氧燃料電池、丁烷燃料電池、甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池、CO燃料電池)“鋰離子電池”“銀鋅電池”“紐扣電池”等。這些電池一般具有高能環(huán)保、經(jīng)久耐用,電壓穩(wěn)定、比能量(單位質(zhì)量釋放的能量)高等特點(diǎn)。取材于這些知識(shí)點(diǎn)的試題題材廣、信息新,體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用,可提升學(xué)習(xí)者的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。案例探究情境:金屬釩和單質(zhì)硼按一定配比混合在真空或惰性氣氛中經(jīng)高溫反應(yīng)可制得硼化釩(VB2)。硼化釩可用作精細(xì)陶瓷原料粉,用于生產(chǎn)耐磨及半導(dǎo)體薄膜?！镜淅?2020全國(guó)3,12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示,其中在VB2電極發(fā)生反應(yīng):VB2+16OH--11e-VO43-+2B(OH)4-+4H2O。該電池工作時(shí),A.負(fù)載通過(guò)0.04mol電子時(shí),有0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B.正極區(qū)溶液的pH降低、負(fù)極區(qū)溶液的pH升高C.電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VD.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負(fù)載、VB2電極、KOH溶液回到復(fù)合碳電極解析根據(jù)題中所給的VB2電極上的反應(yīng)式可知,該原電池中VB2電極為負(fù)極,復(fù)合碳電極為正極。正極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O4OH-。根據(jù)電子守恒可知,當(dāng)負(fù)極通過(guò)0.04mol電子時(shí),正極參加反應(yīng)的氧氣為0.01mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.224L,A項(xiàng)正確;根據(jù)正、負(fù)極的電極反應(yīng)可知,負(fù)極消耗OH-,溶液的pH降低,而正極生成OH-,溶液的pH升高,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)電子守恒由負(fù)極反應(yīng):VB2+16OH--11e-VO43-+2B(OH)4-+4H2O和正極反應(yīng):O2+4e-+2H2O4OH-,可得該堿性硼化釩-空氣電池的總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8B(OH)4-+4VO43-,C項(xiàng)正確;電流方向與電子的流向相反,電流方向?yàn)?復(fù)合碳電極→負(fù)載→VB2電極→答案B方法規(guī)律關(guān)于新型電源的考查,具體有以下幾種考查角度:1.新型電池“放電”時(shí)正極、負(fù)極的判斷新型電池中負(fù)極反應(yīng)物2.新型電池電極反應(yīng)的書寫首先分析物質(zhì)得失電子的情況,然后再考慮電極反應(yīng)生成的物質(zhì)是否跟電解質(zhì)溶液中的離子發(fā)生反應(yīng)。對(duì)于較為復(fù)雜的電極反應(yīng),可以利用“總反應(yīng)-較簡(jiǎn)單一極電極反應(yīng)=較復(fù)雜一極電極反應(yīng)”的方法解決。3.新型電池充、放電時(shí)陰極、陽(yáng)極的判斷首先應(yīng)搞明白原電池放電時(shí)的正、負(fù)極。再根據(jù)電池充電時(shí),陽(yáng)極接正極、陰極接負(fù)極的原理進(jìn)行分析。充電的實(shí)質(zhì)就是把放電時(shí)發(fā)生的變化再?gòu)?fù)原的過(guò)程,即充電時(shí)的電極反應(yīng)是放電時(shí)電極反應(yīng)的逆過(guò)程。4.新型電池充、放電時(shí),電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向解題時(shí),首先應(yīng)分清電池是放電還是充電,放電時(shí)為原電池,充電時(shí)為電解池,然后再判斷出正、負(fù)極或陰、陽(yáng)極。原電池中,陽(yáng)離子移向正極,陰離子移向負(fù)極;電解池中,陽(yáng)離子移向陰極,陰離子移向陽(yáng)極。素養(yǎng)提升1.(2019全國(guó)3,13)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了采用強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如下圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放電過(guò)程中OH-通過(guò)隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)2.(2019天津化學(xué),6)我國(guó)科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池,其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲(chǔ)存電解質(zhì)溶液,提高電池的容量。下列敘述不正確的是()A.放電時(shí),a電極反應(yīng)為I2Br-+2e-2I-+Br-B.放電時(shí),溶液中離子的數(shù)目增大C.充電時(shí),b電極每增重0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化D.充電時(shí),a電極接外電源負(fù)極3.(2020江蘇化學(xué),20節(jié)選)HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示,兩電極區(qū)間用允許K+、H+通過(guò)的半透膜隔開。(1)電池負(fù)極電極反應(yīng)為;放電過(guò)程中需補(bǔ)充的物質(zhì)A為(填化學(xué)式)。

(2)圖中所示的HCOOH燃料電池放電的本質(zhì)是通過(guò)HCOOH與O2的反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,其反應(yīng)的離子方程式為。

第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池考點(diǎn)一原電池的工作原理必備知識(shí)·自主預(yù)診1.化學(xué)電自發(fā)進(jìn)行氧化還原2.電解質(zhì)自發(fā)地氧化還原3.鋅片銅片減小增大氧化還原ZnCu正負(fù)電能4.(1)負(fù)正(2)正負(fù)(3)負(fù)正5.(1)負(fù)極正極(3)正極鋅塊自我診斷1.答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×2.答案①④①中酒精是非電解質(zhì);④中未形成閉合回路關(guān)鍵能力·考向突破典例1C根據(jù)化學(xué)鍵形成條件,Na+與S42-之間形成離子鍵,硫原子之間形成共價(jià)鍵,所以Na2S4的電子式為Na+[··S······S······S······S······]2-Na+,A項(xiàng)正確;該電池放電時(shí),對(duì)點(diǎn)演練1C①中鋅、鐵為電極,較活潑的鋅為負(fù)極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),A正確;②中NH3轉(zhuǎn)化為N2,氮元素化合價(jià)升高,發(fā)生氧化反應(yīng),a電極為負(fù)極,電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極,B正確;③中根據(jù)離子的移動(dòng)方向,A電極為負(fù)極,電流由正極(B電極)流向負(fù)極(A電極),C錯(cuò)誤;④中根據(jù)電子流向判斷出LixC6為負(fù)極,D正確。典例2C題給電池Al是負(fù)極,Ni是正極,電解質(zhì)溶液呈堿性,MnO4-在正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng),即MnO4-+2H2O+3e-MnO2+4OH-,A錯(cuò)誤;電池工作時(shí),電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極,但是不會(huì)經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液,B錯(cuò)誤;負(fù)極上金屬鋁失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)為Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,C正確;電池工作時(shí),正極的電極反應(yīng)為MnO4-+2H2O+3e-MnO2+4OH-,則Ni電極周圍溶液pH對(duì)點(diǎn)演練2答案(1)Fe-2e-Fe2+2H++2e-H2↑Fe+2H+Fe2++H2↑(2)Fe3++e-Fe2+Pb-2e-Pb2+(3)Cu-2e-Cu2+(4)FeO42-+3e-+4H2OFe(OH)32FeO42-+8H2O+3Zn2Fe(OH)3+3Zn(OH)2解析(1)Fe比Cu活潑,Fe為負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+;Cu為正極,電極反應(yīng)為2H++2e-H2↑。(2)由Pb、Cu與氯化鐵溶液組成的原電池,正極為Cu,電極反應(yīng)為Fe3++e-Fe2+;負(fù)極為Pb,電極反應(yīng)為Pb-2e-Pb2+。(3)由Al、Cu與濃硝酸組成的原電池,Al遇濃硝酸鈍化,Cu為負(fù)極,電極反應(yīng)為Cu-2e-Cu2+。(4)K2FeO4-Zn組成的堿性電池,K2FeO4在電池中為正極材料,FeO42-中+6價(jià)鐵元素被還原為Fe(OH)3中+3價(jià)鐵元素,其電極反應(yīng)為FeO42-+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-;書寫總反應(yīng)的離子方程式時(shí),要明確Fe和Zn的存在形式分別是Fe(OH)典例3C把四個(gè)實(shí)驗(yàn)從左到右分別編號(hào)為①、②、③、④,則由實(shí)驗(yàn)①可知,a為原電池負(fù)極,b為原電池正極,金屬活潑性:a>b;由實(shí)驗(yàn)②可知,b極有氣體產(chǎn)生,c極無(wú)變化,則活潑性:b>c;由實(shí)驗(yàn)③可知,d極溶解,則d為原電池負(fù)極,c為正極,活潑性:d>c;由實(shí)驗(yàn)④可知,電流從a極流向d極,則d極為原電池負(fù)極,a極為原電池正極,活潑性:d>a。綜上所述可知活潑性:d>a>b>c。對(duì)點(diǎn)演練3答案(1)CuAgNO3(2)正Ag++e-Ag(3)Cu(NO3)2考點(diǎn)二化學(xué)電源必備知識(shí)·自主預(yù)診1.ZnZn+2OH--2e-Zn(OH)2MnO22MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2ZnZn+2OH--2e-Zn(OH)2Ag2OAg2O+H2O+2e-2Ag+2OH-Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag2.①Pb-2e-+SO42-③PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H④PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO43.(1)2H2-4e-4H+2H2+4OH--4e-4H2OO2+4H++4e-2H2OO2+2H2O+4e-4OH-2H2+O22H2O(2)①O2+4e-+4H+2H2O2CO-4e-+2H2O2CO2+4H+2CO+O22CO2②O2+4e-+2H2O4OH-2CO-4e-+8OH-2CO32-+4H2O2CO+O2+4OH-2CO32-③O2+4e-2O2-2CO-4e-+2O2-2CO22CO+O22CO2④O2+4e-+2CO22CO32-2CO-4e-+2CO32-4CO22CO+O(3)4Al-12e-4Al3+3O2+12e-+6H2O12OH-4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3自我診斷1.答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×(8)√2.答案負(fù)極CH4+10OH--8e-CO32-+7HCH4+2O2+2OH-CO32-+3H關(guān)鍵能力·考向突破典例1C普通鋅錳干電池是一次電池,不能充電復(fù)原,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)原電池工作原理,負(fù)極失電子,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由電池總反應(yīng)可知,每通過(guò)0.1mol電子,消耗鋅的質(zhì)量為65g·mol-1×0.1mol2=3對(duì)點(diǎn)演練1D電池工作時(shí),陽(yáng)離子向正極移動(dòng),即K+向正極區(qū)移動(dòng),A錯(cuò)誤;反應(yīng)中鋁為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),B錯(cuò)誤;電解質(zhì)溶液呈堿性,MnO4-在正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng),即MnO4-+2H2O+3e-MnO2+4OH-,C錯(cuò)誤;理論上電路中每通過(guò)1mol電子,則有13mol鋁被氧化典例2D依據(jù)題給文字及圖示信息,可確定該裝置為二次電池。當(dāng)放電時(shí)(即原電池),負(fù)極為Zn,電極反應(yīng)為Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-;正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)為CO2+2H++2e-HCOOH,A、B兩項(xiàng)正確。當(dāng)充電時(shí)(即電解池),陽(yáng)極反應(yīng)為2H2O-4e-O2↑+4H+;陰極反應(yīng)為[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,總反應(yīng)為2[Zn(OH)4]2-2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)演練2D放電時(shí)裝置為原電池,陰離子向負(fù)極移動(dòng),A項(xiàng)正確;根據(jù)總反應(yīng)可知,放電時(shí)二氧化碳在正極得電子被吸收,充電時(shí)又被釋放出來(lái),B項(xiàng)正確;放電時(shí),負(fù)極上Na失電子,正極上CO2得電子,正極電極反應(yīng)為3CO2+4e-2CO32-+C,C項(xiàng)正確;充電時(shí)陰極反應(yīng)為Na++e-Na,D典例3C根據(jù)圖示,在氫氧熔融碳酸鹽燃料電池中,通入氫氣的電極為負(fù)極,負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為H2-2e-+CO32-CO2+H2O,通入氧氣的電極為正極,正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e-2CO32-,總反應(yīng)為2H2+O22H2O,故B項(xiàng)正確;電池工作時(shí),熔融碳酸鹽參與了電極反應(yīng),A項(xiàng)正確;該電池工作時(shí)總反應(yīng)沒有消耗二氧化碳,不能減少溫室氣體的排放,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電池工作時(shí),外電路中流過(guò)0.2mol電子,消耗0.05mol氧氣,質(zhì)量為1對(duì)點(diǎn)演練3C根據(jù)題目可知,該電池為燃料電池,根據(jù)燃料電池的特點(diǎn),通氧氣的一極為正極,故電極b為正極,電極a為負(fù)極,A項(xiàng)正確;電極b為正極,氧氣得電子與H+結(jié)合生成水,B項(xiàng)正確;從裝置圖可以看出,電池總反應(yīng)為2H2S+O2S2+2H2O,電路中每通過(guò)4mol電子,正極應(yīng)該消耗1molO2,負(fù)極應(yīng)該有2molH2S反應(yīng),但是題目中沒有說(shuō)明是標(biāo)準(zhǔn)狀況下,所以不一定是44.8L,故C錯(cuò)誤;17gH2S的物質(zhì)的量為0.5mol,每0.5molH2S參與反應(yīng)會(huì)消耗0.25molO2,根據(jù)正極反應(yīng)O2+4H++4e-2H2O可知,有1molH+經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極,故D正確?？键c(diǎn)三金屬的腐蝕與防護(hù)必備知識(shí)·自主預(yù)診1.原電池?zé)o有金屬原子電化學(xué)腐蝕2.酸性酸性很弱或者呈中性Fe-2e-Fe2+2H++2e-H2↑2H2O+O2+4e-4OH-Fe+2H+Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2吸氧腐蝕3.(1)①原電池負(fù)極正極②電解陰極陽(yáng)極自我診斷1.答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×(7)×(8)×2.答案(1)析氫2H++2e-H2↑有氣泡冒出(2)吸氧O2+4e-+2H2O4OH-導(dǎo)管內(nèi)液面上升關(guān)鍵能力·考向突破典例1D兩圖中被腐蝕的都是Fe,說(shuō)明Fe是