高中化學【化學能轉(zhuǎn)化為電能-電池】

化學能轉(zhuǎn)化為電能——電池

【目標要求】1.以原電池為例認識化學能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應的角度認識原電池

的工作原理，能設計簡單的原電池。2.體會提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高純清潔燃料和研制

新型電池的重要性。3.認識化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應用，了解原電池及

其常見化學電源的工作原理；能利用相關(guān)信息分析化學電源的工作原理，開發(fā)新型電池。4.

了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質(zhì)，知道金屬腐蝕的危害，能利用電化學原理解釋金屬腐蝕現(xiàn)

象，選擇設計防腐措施。

考點一原電池的工作原理

r核心知識梳理

1.概念和反應本質(zhì)

原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應本質(zhì)是氧化還原反應。

2.構(gòu)成條件

(1)一看反應:看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液

反應)。

(2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。

(3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：

①電解質(zhì)溶液；

②兩電極直接或間接接觸；

③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。

住里解應用】

在如圖所示的4個裝置中，不能形成原電池的是(填序號)，并指出原因

答案①④①中酒精是非電解質(zhì)；④中未形成閉合回路

3.工作原理

以鋅銅原電池為例

ZnS《溶液Cus4溶液

(1)反應原理

電極名稱負極正極

電極材料鋅片銅片

電極反應Zn-2e=Zn2++2晨^=Cu

反應類型氧化反應還原反應

電子流向由Zn片沿導線流向Cu片

鹽橋中離子移向鹽橋含飽和KC1溶液，K+移向至極，cr移向嵬極

(2)鹽橋的組成和作用

①鹽橋中裝有飽和的KC1、KN03等溶液和瓊膠制成的膠凍。

②鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。

慳解應用】

“異?！痹姵卦淼纳疃确治?/p>

(1)鋁銅濃硝酸電池

初期，活潑金屬鋁作負極被氧化，由于鋁表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反應繼續(xù)進行，

使鋁鈍化，鈍化鋁作正極，銅被濃硝酸氧化，作負極，電極反應：

銅：Cu—2e-：^Cu2+；

+

鈍化鋁：2NO3+2e+4H=2NO2t+2H2O?

(2)鎂鋁燒堿溶液電池

鎂不溶于燒堿，鋁單質(zhì)可溶于燒堿，鋁作負極，鎂作正極，電極反應，鋁：2Al-6e-+4OH「

=2[AI(OH)4]；鎂：6H2O+6e=3H2t+60H。

-特別提醒

原電池的正極和負極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定

作負極的思維定勢。

I■辨析易錯易混?正誤判斷」

(1)原電池工作時，正極表面一定有氣泡產(chǎn)生(X)

⑵Mg—A1形成的原電池，Mg一定作負極(X)

(3)在原電池中，正極材料本身一定不參與電極反應，負極材料本身一定要發(fā)生氧化反應(X)

(4)實驗室制備H2時，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應效果更佳(。)

(5)鐵銅原電池中，負極反應式為Fe—3e-=Fe3+(X)

(6)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動(X)

(7)鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生(義)

-歸納總結(jié)

判斷原電池正、負極的5種方法

F解題能力提升

題組一原電池工作原理(不定項選擇題)

I.鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述

正確的是()

A.銅電極上發(fā)生氧化反應

B.電池工作一段時間后，甲池的c(SOT)減小

C.電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加

D.陰、陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡

答案C

解析A項，由鋅的活潑性大于銅，可知銅電極為正極，在正極上Ci?+得電子發(fā)生還原反應

生成Cu,錯誤；B項，由于陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，故甲池的c(SOF)不

變，錯誤；C項，在乙池中Cu2++2e-==Cu,同時甲池中的Z*+通過陽離子交換膜進入乙

池中，由于M(Zn?+)>M(Cu2+),故乙池溶液的總質(zhì)量增加，正確；D項，陽離子交換膜只允

許陽離子和水分子通過，電解過程中ZM+通過陽離子交換膜移向正極保持溶液中電荷平衡，

陰離子是不能通過交換膜的，錯誤。

2.分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結(jié)論正確的是()

WH2SO4NaOH溶液

①②

空氣

濃HNO,NaCI溶液

③④

A.①②中Mg作負極，③④中Fe作負極

B.②中Mg作正極，電極反應式為6H2O+6e~=6OH~+3H2t

C.③中Fe作負極，電極反應式為Fe—2e-=Fe2+

D.④中Cu作正極，電極反應式為。2+2氏0+4屋=40H

答案BD

解析②中Mg不與NaOH溶液反應，而A1能和NaOH溶液反應失去電子，故A1是負極；

③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNCh反應失去電子作負極，A、C錯；②中電池總反應為

2A1+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2f,負極反應式為2Al+8OH--6e-===2[Al(OH)4「,

二者相減得到正極反應式為6H2O+6e-=6OH"+3H2t,B正確。

3.我國科學家在太陽能光電催化一化學耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關(guān)裝置如圖所

示。下列說法不正確的是()

A.該裝置的總反應為H2S^§>H2+S

催化劑

B.能量轉(zhuǎn)化方式主要為“光能一電能一化學能”

C.a極上發(fā)生的電極反應為Fe3+—e=Fe2+

D.a極區(qū)需不斷補充含F(xiàn)e3'和Fe?"的溶液

答案CD

解析該裝置發(fā)生的有關(guān)反應為H2s+2Fe3+===2H++S+2Fe2+（a極區(qū)）、2Fe2+-2e-===2Fe3+

（a極）、2H++2e--H2（b極），這三個反應相加，結(jié)合反應條件得到總反應HaS^^Hz+S,

惟化刑

故A、C正確；該制氫工藝中光能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為化學能，故B正確；a極區(qū)涉及

兩步反應，第一步利用氧化態(tài)Fe3+高效捕獲H2s得到硫和還原態(tài)Fe2+,第二步是還原態(tài)Fe?+

在a極表面失去電子生成氧化態(tài)Fe3+,這兩步反應反復循環(huán)進行，所以a極區(qū)無需補充含F(xiàn)e，’

和Fe2+的溶液，故D錯誤。

題組二聚焦“鹽橋”原電池

4.根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是（）

A.燒杯a中的溶液pH降低

B.燒杯b中發(fā)生氧化反應

C.燒杯a中發(fā)生的反應為2H++2e-==H2t

D.燒杯b中發(fā)生的反應為2c「一2屋一口2t

答案B

解析由題給原電池裝置可知，電子經(jīng)過導線，由Zn電極流向Fe電極，則。2在Fe電極發(fā)

-

生還原反應：O2+2H2O+4e=4OH",燒杯a中［OH］增大，溶液的pH升高：燒杯b中,

Zn發(fā)生氧化反應■:Zn-2e-=Zn2+<（

2+

5.控制合適的條件，將反應2Fe3++2「2Fe+l2設計成如下圖所示的原電池。下列判

斷不正確的是（）

檢流計

甲乙

A.反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應

B.反應開始時，甲中石墨電極上Fe3+被還原

C.檢流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)

D.檢流計讀數(shù)為零后，在甲中加入FeCb固體，乙中的石墨電極為負極

答案D

解析由圖示結(jié)合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3+得電子變成Fe2+被還原，廣失去電子變成上被

氧化，所以A、B正確；檢流計讀數(shù)為零時，F(xiàn)e3+得電子速率等于Fe2+失電子速率，反應達

到平衡狀態(tài)，C正確；在甲中加入FeCL固體，平衡2Fe3++212Fe2++k向左移動，12

被還原為「，乙中石墨為正極，D不正確。

-歸納總結(jié)

原電池的工作原理簡圖

氧化還原

反應反應

注意①電子移動方向：從負極流出沿導線流入正極，電子不能通過電解質(zhì)溶液。

②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)。

③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。

考點二原電池原理的應用

核心知識梳理

1.比較金屬的活動性強弱：原電池中，負極一般是活動性較強的金屬,正極一般是活動性較

弱的金屬(或非金屬)。

2.加快化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率加快。

3.用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作原電池的正極而受到保護。

4.設計制作化學電源

①首先將氧化還原反應分成兩個半反應。

②根據(jù)原電池的工作原理，結(jié)合兩個半反應，選擇正、負電極材料以及電解質(zhì)溶液。

【應用體驗】

設計原電池裝置證明Fe3+的氧化性比C/+強。

(1)寫出能說明氧化性Fe3+大于CM+的離子方程式：o

(2)若要將上述反應設計成原電池，電極反應式分別是：

①負極:。

②正極:?

(3)在框中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：

①不含鹽橋②含鹽橋

答案(l)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

(2)①Cu—2e=Cu2'

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

(3)

|■辨析易錯易混?正誤判斷」

(1)某原電池反應為Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊脂的

KC1飽和溶液(義)

(2)10mL濃度為1mol-L-1的鹽酸與過量的鋅粉反應，若加入適量的CuSCU溶液能加快反應

速率但又不影響氫氣生成量(J)

(3)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕(X)

(4)由于CaO+H2O==Ca(OH)2可以自發(fā)進行，且放大量熱，故可以設計成原電池(X)

F解題能力提升

1.(金屬的防護)為保護地下鋼管不受腐蝕，可采取的措施有()

A.與石墨棒相連

B.與銅板相連

C.埋在潮濕、疏松的土壤中

D.與鋅板相連

答案D

2.(加快化學反應速率)等質(zhì)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CuS04溶液，如圖表示產(chǎn)生H2的體積(V)與時間⑺的關(guān)系，其中正確的是()

答案D

解析a中Zn與CuS04溶液反應置換出Cu,Zn的量減少，產(chǎn)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。

3.(比較金屬活動性)有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下:

baCda巴d

bC

實驗裝置

4

三:三二二二

S三三三工———一

CuSQ,溶液稀硫酸稀硫酸稀硫酸

部分實驗a極質(zhì)量減少；b極b極有氣體產(chǎn)d極溶解；c電流從a極

現(xiàn)象質(zhì)量增加生；C極無變化極有氣體產(chǎn)生流向d極

由此可判斷這四種金屬的活動性順序是()

A.a>b>c>dB.b>c>d>a

C.d>a>b>cD.a>b>d>c

答案C

解析把四個實驗從左到右分別編號為①、②、③、④，則由實驗①可知，a作原電池負極,

b作原電池正極，金屬活動性：a>b;由實臉②可知，b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化，則活動

性：b>c：由實驗③可知，d極溶解，則d作原電池負極，c作正極，活動性：d>c;由實驗

④可知，電流從a極流向d極，則d極為原電池負極，a極為原電池正極，活動性：d>a?

綜上所述可知活動性：d>a>b>Co

4.依據(jù)氧化還原反應：2Ag.(aq)+Cu(s)=Cu"(aq)+2Ag(s)設計的原電池如圖所示(鹽橋為

盛有KNCh瓊脂的U形管)。

請回答下列問題:

(1)電極X的材料是:電解質(zhì)溶液Y是..(填化學式)。

(2)銀電極為電池的.極，其電極反應式為.

(3)鹽橋中的NO,移向.溶液。

答案(l)CuAgNO?(2)正Ag++e=Ag

(3)CU(NO3)2

考點三常見化學電源及工作原理

r

一、一次電池

只能使用一次，不能充電復原繼續(xù)使用

1.堿性鋅鎰干電池

總反應：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2o

+

道_鋅粉和KOH

的混合物

-MnO?

一金屬外殼

負極材料：Zn=

電極反應：Zn+2OH—2e"=Zn(OH)2<.

正極材料：碳棒。

電極反應：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH，

2.紐扣式鋅銀電池

總反應：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。

金屬外殼

1華負里A

浸有KOH溶液

的隔板

電解質(zhì)是KOH。

負極材料：Zno

電極反應：Zn+2OH—2e-^=Zn(OH)2o

正極材料：Ag2。。

電極反應：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH\

3.鋰電池

Li-SOCh電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCU-

SOCho電池的總反應可表示為8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S?

(1)負極材料為，電極反應為0

(2)正極的電極反應為o

答案⑴鋰8Li-8e-=8Li+

(2)3SOCh+8e-=2S+SOf+6CI

二、二次電池

放電后能充電復原繼續(xù)使用

放電

1.鉛蓄電池總反應：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(1)

PbOX正極)壓SO,(aq)

Pb(負極)

(1)放電時——原電池

負極反應：PlXs)+SOr(aq)—2e「=PbSC)4(s)；

正極反應：PbO2(s)+4H'(aq)+SO/Giq)+2e=PbSO4(s)+2H2O(l)o

(2)充電時——電解池

陰極反應：PbSO4(s)+2e^=Pb(s)+SOr(aq)；

陽極反應：PbSCh⑸+2氏0⑴12e-=PbC)2(s)+4H*(aq)+SC)r(aq)。

2.圖解二次電池的充放電

夕展電源負極同一電極

/1I

還原反應:陰極^—I充電可充電放電廠負極:氧化反應

氧化反應:陽極_電池_I＞正極:還原反應

\-----------------------------1

外接電源正極同一電極

3.二次電池的充放電規(guī)律

(1)充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，因此負極應與電源的負極相連

以獲得電子，可簡記為負接負后作陰極，正接正后作陽極。

(2)工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；

同一電極周圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。

三、“高效、環(huán)境友好”的燃料電池

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。

種類酸性堿性

+

負極反應式2H2-4e"=4H2H2+4OH-4e~=4H2O

O+4e~+4H*=2HO

正極反應式22O2+2H2O+4e=40H^

電池總反應式2H2+O2=2H2O

備注燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用

2.燃料電池常用的燃料

H2、CO、燒（如CH4、C2H6）、醇（如CH3OH）、月井（N2H4）等。

3.燃料電池常用的電解質(zhì)

①酸性電解質(zhì)溶液，如H2sCh溶液；②堿性電解質(zhì)溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；

④熔融碳酸鹽，如K2co3；⑤質(zhì)子交換膜等。

4.燃料電池電極反應式書寫的常用方法

第一步，寫出電池總反應式。

燃料電池的總反應與燃料燃燒的反應一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應，則總反應為加合后的反

應。

如甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為NaOH溶液）的反應如下：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

C02+2NaOH=Na2CO3+H20②

①+②可得甲烷燃料電池的總反應式：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2Oo

第二步，寫出電池的正極反應式。

根據(jù)燃料電池的特點，一般在正極上發(fā)生還原反應的物質(zhì)都是02,因電解質(zhì)溶液不同，故其

電極反應也會有所不同：

⑴酸性電解質(zhì)：O2+4FT+4e-—2H2O。

（2）堿性電解質(zhì)：O2+2H2O+4e=40H?

（3）固體電解質(zhì)（高溫下能傳導。2）：O2+4e=20-\

（4）熔融碳酸鹽（如熔融K2co3）：O2+2CO2+4e=2COF，

第三步，電池的總反應式一電池的正極反應式=電池的負極反應式。

【應用體驗】

以甲烷燃料電池為例，分析不同的環(huán)境下電極反應式的書寫。

（1）酸性介質(zhì)（如H2s0。

總反應式：。

負極：。

正極：。

答案CH4+2O2=CO2+2H2O

+

CH4-8e+2H20=82+8H

+

2O2+8e-+8H=4H2O

(2)堿性介質(zhì)(如KOH)

總反應式：。

負極：。

正極：。

-

答案CH4+2O2+2OH=COr+3H2O

CH4—8e+1OOH=COr+7H2O

2O2+8e+4H2O=8OH

(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導。2一)

總反應式：.

負極：。

正極：。

答案CH4+2O2=CO2+2H2O

2-

CH4-8e-+4O=CO2+2H2O

2O2+8e-=4O2—

|■辨析易錯易混?正誤判斷」

(1)太陽能電池不屬于原電池(J)

(2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池(X)

(3)鉛蓄電池放電時，正極與負極質(zhì)量均增加(。)

(4)堿性鋅鎰干電池是一次電池，其中MnO?是催化劑，可使鋅鎰干電池的比能量高、可儲存

時間長(X)

(5)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能(X)

(6)以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，放電過程中，H+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移(X)

(7)鉛蓄電池工作時，當電路中轉(zhuǎn)移0.1mol電子時，負極增重4.8g(J)

r解題能力提升

題組一根據(jù)圖示理解化學電源的工作原理

1.Li一FeS2電池是目前電池中綜合性能最好的一種電池，其結(jié)構(gòu)如圖所示。已知電池放電時

的反應為4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列說法正確的是()

A.Li為電池的正極

B.電池工作時，Li卡向負極移動

C.正極的電極反應式為FeS?+4e=Fe+2S2

D.將熔融的LiCF3sO3改為LiCl的水溶液，電池性能更好

答案C

0+1

解析A項，由Li-Li2s發(fā)生氧化反應，可知Li為電池負極；B項，電池工作時，陽離子（Li+）

移向正極；D項，由于2Li+2H2O===2LiOH+H2t,故不能用LiCl的水溶液作為電解質(zhì)溶液。

2.如圖為利用電化學方法處理有機廢水的原理示意圖。下列說法正確的是（）

A.a、b極不能使用同種電極材料

B.工作時，a極的電勢低于b極的電勢

C.工作一段時間之后，a極區(qū)溶液的pH增大

D.b極的電極反應式為：CH3coO+4H2O-8e=2HCO3+9H'

答案D

解析根據(jù)圖示：工作時，b極上CH3coeT-HC0F,碳原子從0價升至+4價，b極是原電

池的負極，則a極是電池的正極。a、b極上發(fā)生的反應為電解質(zhì)溶液的變化，電極材料可同

可異，A項錯誤；a極（正極）的電勢高于b極（負極）的電勢，B項錯誤；a極（正極）電極反應式

為11°4-H++2e-—*H（）-<O+Cr,正極每得到2moi電子時，為使溶液保持

電中性，必有2moiH+通過質(zhì)子交換膜進入a極溶液，同時電極反應消耗1molH卡,故工作

一段時間之后，a極區(qū)溶液中H+濃度增大，pH減小，C項錯誤；據(jù)圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化，考慮到

質(zhì)量守恒和電荷守恒關(guān)系，b極（負極）反應為CH3coCF+4H2O-8e-=2HCO,+9H+,D項

正確。

3.如圖為鈉高能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，該電池的工作溫度為320°C左右，電池的反應式為2Na

+xS^=Na2Sx，正極的電極反應式為c

M(由Na2O和AI2O3制得)的兩個作用是、

-UTM

S------------

答案入5+2^(或2Na++xS+2e-^=Na2S.J導電和隔離鈉與硫

題組二二次電池的充放電(不定項選擇題)

4.銀鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某銀鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH

放電.

溶液，其充、放電按下式進行：Cd+2NiOOH+2H2。凄杳Cd(OH)2+2Ni(OH)2，有關(guān)該電池

的說法正確的是()

A.充電時陽極反應：Ni(OH)2+OH-e=NiOOH+H2O

B.充電過程是化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程

C.放電時負極附近溶液的堿性不變

D.放電時電解質(zhì)溶液中的0H一向負極移動

答案AD

解析放電時Cd的化合價升高，Cd作負極，Ni的化合價降低，NiOOH作正極，則充電時

Cd(OH)2作陰極，Ni(OH)2作陽極，電極反應式為Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O,A項

正確；充電過程是電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程，B項錯誤；放電時負極電極反應式為Cd+2OH-

-

-2e=Cd(OH)2,Cd電極周圍OK的濃度減小，C項錯誤；放電時OK向負極移動，D項

正確。

5.某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池總反應為Li-KoO2+

LivC6=LiCoO2+C6(x<l)?下列關(guān)于該電池的說法不正確的是()

A.放電時，Li+在電解質(zhì)中由負極向正極遷移

B.放電時，負極的電極反應式為Li,G—xe=xU++C6

C.充電時，若轉(zhuǎn)移1mole,石墨(C6)電極將增重7xg

D.充電時，陽極的電極反應式為LiCoO?—xe--Lii-CoO2+xLi+

答案C

解析放電時，負極反應為Li.vCfi-xe=.rLi++Cs,正極反應為Li?-1COO2+xe+xLi

^=LiCoO2,A、B正確；充電時，陰極反應為xLi++C6+xe=Li.vC6,轉(zhuǎn)移1mole時，石

墨C6電極將增重7g,C項錯誤；充電時，陽極反應為放電時正極反應的逆反應：LiCoO?

+

—.re^^=Lii-vCoO2+xLi,D項正確。

6.一種突破傳統(tǒng)電池設計理念的鎂一睇液態(tài)金屬儲能電池工作原理如圖所示，該電池所用液

體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變。該電池工作

一段時間后，可由太陽能電池充電。下列說法不正確的是（）

Mg（液）電

流

熔融NaCl、KC1、MgCb方

向

Mg-Sb（液）

A.放電時，Mg（液）層的質(zhì)量減小

B.放電時正極反應為：Mg2++2e==Mg

C.該電池充電時，Mg—Sb（液）層發(fā)生還原反應

D.該電池充電時，C「向中層和下層分界面處移動

答案C

解析A項，放電時，負極Mg失電子生成鎂離子，則Mg（液）層的質(zhì)量減小，正確；B項，

正極鎂離子得電子得到Mg,則放電時正極反應為：Mg2++2e-=:Mg,正確；C項，該電池

充電時，Mg-Sb（液）層為陽極，陽極發(fā)生失電子的氧化反應，錯誤；D項，該電池充電時，

陰離子向陽極移動，即C「向中層和下層分界面處移動，正確。

題組三燃料電池（不定項選擇題）

7.某種熔融碳酸鹽燃料電池以Li2cCh、K2cCh為電解質(zhì)、以CFh為燃料時，該電池工作原理

如圖。下列說法正確的是（）

A.a為CH4,b為CO?

B.CO歹向正極移動

C.此電池在常溫下也能工作

D.正極的電極反應式為O2+2CCh+4e-=2CO『

答案D

解析電極反應式如下：

負極：CH4-8e-+4COr=5CO2+2H2O

正極：2O2+8e-+4CO2=4COM

根據(jù)圖示中電子的移向，可以判斷a處通入甲烷，b處通入空氣，COM應移向負極，由于電

解質(zhì)是熔融鹽，因此此電池在常溫下不能工作。

8.科學家設計出質(zhì)子膜H2s燃料電池，實現(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)示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是（）

A.電極a為電池的負極

+

B.電極b上發(fā)生的電極反應：O2+4H+4e-=2H2O

C.電路中每通過4moi電子，在正極消耗44.8LH2s

D.每17gH2s參與反應，有2moiH+經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)

答案CD

解析根據(jù)題目可知，該電池為燃料電池，根據(jù)燃料電池的特點，通氧氣的一極為正極，故

電極b為正極，電極a為負極，A項正確；電極b為正極，氧氣得電子生成水，B項正確；

從裝置圖可以看出，電池總反應為2H2S+O2=S2+2H2。，電路中每通過4moi電子，正極

應該消耗1mol。2,負極應該有2moiH2s反應，但是題目中沒有給定標準狀況下，所以不

一定是44.8L,故C錯誤；17gH2s即0.5mol&S,每0.5molH2s參與反應會消耗0.25mol

02,根據(jù)正極反應式O2+4H++4e-=2H2。，可知有1molH*經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)，故D

錯誤。

9.熔融鹽NaNCh組成的燃料電池如圖所示，在使用過程中石墨I電極反應生成一種氧化物

Y,下列有關(guān)說法正確的是（）

A.石墨I為正極，石墨H為負極

B.Y的化學式可能為N2O5

-

C.石墨I的電極反應式為NO2+NO；-e=N2O5

D.石墨H上發(fā)生氧化反應

答案BC

,練后反思■------------------------------------------------------------------------

1.解答燃料電池題目的思維模型

2.解答燃料電池題目的幾個關(guān)鍵點

(1)要注意介質(zhì)是什么？是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。

(2)通入負極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。

(3)通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極

反應。

考點四金屬的腐蝕與防護

「核心知更梳理

1.金屬腐蝕的本質(zhì)

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。

2.金屬腐蝕的類型

(1)化學腐蝕與電化學腐蝕

類型化學腐蝕電化學腐蝕

條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸

現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生

本質(zhì)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)析氫腐蝕與吸氧腐蝕

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(PHW4.3)水膜酸性很弱或呈中性

負極Fe-2e^^=Fe2+

電極反應

正極2H+2=H2tO2+2H2O+4e=4OH

總反應式Fe+2H'=Fe2++H2t

2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍

住里解應用】

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⑴析氫2H*+2e=H2t有氣泡冒出

(2)吸氧。2+4屋+2H2O=4OFT導管內(nèi)液面上升

3.金屬的防護

(1)電化學防護

①犧牲陽極保護法一原電池原理

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。

②外加電流的陰極保護法一電解原理

a.陰極：被保護的金屬設備；

b.陽極：惰性金屬或石墨。

(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。

【應用體驗】

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為。

答案⑤④②①③⑥

解析②③?均為原電池，③中Fe為正極，被保護；②④中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe

和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故Fe—Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe

接電源正極作陽極，Cu接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負

極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知鐵在其

中被腐蝕的速率由快到慢的順序為⑤，④〉②〉①，③〉⑥O

■歸納總結(jié)

金屬腐蝕快慢的規(guī)律

(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕＞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，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質(zhì)溶液中,弱電解質(zhì)溶液中〉非電

解質(zhì)溶液中。

(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。

(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。

|■辨析易錯易混?正誤判斷」

(1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣(X)

(2)A1、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物(X)

(3)鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3+(X)

(4)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用(X)

(5)鐵表面鍍鋅可增強其抗腐蝕性(V)

(6)干燥環(huán)境下，所有金屬都不能被腐蝕(X)

(7)銅在酸性環(huán)境下，不易發(fā)生析氫腐蝕(J)

r解題能力提升

題組一金屬腐蝕的原理及實驗探究

1.炒過菜的鐵鍋未及時洗凈（殘液中含NaCl）,不久便會因被腐蝕而出現(xiàn)紅褐色銹斑。腐蝕

原理如圖所示，下列說法正確的是（）

電解質(zhì)溶液多孔鐵銹

A.腐蝕過程中，負極是C

B.Fe失去電子經(jīng)電解質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移給C

C.正極的電極反應式為《OK—4e「^=2比0+。2t

D.C是正極，Ch在C表面上發(fā)生還原反應

答案D

解析A項，鐵鍋中含有的Fe、C,和電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，活潑金屬作負極，F(xiàn)e易失電

子,故腐蝕過程中，負極是Fe,錯誤；B項，原電池中電子由負極Fe直接向正極C流動,

在電解質(zhì)溶液中依靠離子的移動導電，錯誤；C項，該原電池中，C作正極，正極上氧氣得

電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O2+2H2O+4e-==4OH,錯誤；D項，C是正極，Ch在

C表面上發(fā)生還原反應，正確。

2.某同學進行下列實驗

操作現(xiàn)象

含酚歆和K,[Fe（CN）?|藍色

的食鹽水紅色3?

放置一段時間后，生鐵片上出

取一塊打磨過的生鐵片,在現(xiàn)如圖所示“斑痕”，其邊緣

其表面滴一滴含酚獻和為紅色，中心區(qū)域為藍色，在

K[Fe（CN）6]的食鹽水兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹

下列說法不合理的是（）

A.生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕

B.中心區(qū)的電極反應式為Fe—2e-==Fe2'

C.邊緣處的電極反應式為O2+2H2O+4e——40H-

2++

D.交界處發(fā)生的反應為4Fe+O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H

答案D

--

解析生鐵片邊緣處為紅色，說明生成了OH，O2+2H2O+4e=4OH,生鐵片發(fā)生吸氧

腐蝕，故A、C兩項合理；根據(jù)實驗現(xiàn)象，中心區(qū)域為藍色，說明生成了Fe2+,Fe-2e-===Fe2+,

故B項合理；在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹，是因為生成的氫氧化亞鐵被氧氣氧化成了氫氧化鐵，

故D項不合理。

3.一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關(guān)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(chǎn)物Fe2+Fe?O4FezChFeO2

+

A.在pH>14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應為O2+4H+4e=2H2O

B.在pH<4溶液中，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕

C.在pH>6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

答案A

解析pH>14的溶液為堿性，正極反應式為O2+2H2O+4e--4OH,故A符合題意；pH

<4溶液為酸性溶液，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕，正極反應式為2H++2e==H2t,故B不符

合題意；pH>6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH,

故C不符合題意；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。

'反思歸納

根據(jù)介質(zhì)判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕

正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、酸性很弱

或中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕；NH4cl溶液、稀H2s04等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。

題組二金屬腐蝕防護措施的設計與選擇

4.港珠澳大橋設計壽命為120年，對橋體鋼制構(gòu)件采用了多種防腐措施，下列防腐措施錯誤

的是（）

A.用導線與石墨相連B.用導線與電源負極相連

C.鋼制構(gòu)件上焊接鋅塊D.表面噴涂分子涂層

答案A

解析A項，石墨、Fe和電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，F(xiàn)e作負極加速被腐蝕，錯誤；B項，將鐵

和電源負極相連時Fe作陰極而被保護，正確；C項，為犧牲陽極保護法，正確；D項，為增

加防護層，正確。

5.利用如圖裝置可以模擬鐵的電化學防護。下列說法錯誤的是（）

M

1-1I乩

X、JN./鐵

A.若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處，可減緩鐵的腐蝕

B.若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處，鐵極發(fā)生氧化反應

C.若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，可減緩鐵的腐蝕

D.若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，X極發(fā)生氧化反應

答案B

解析若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處時，鋅作負極，鐵作正極被保護，A項正確、B項錯

誤；若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，鐵連接電源負極作陰極被保護，C項正確；X連接電

源正極作陽極被氧化，D項正確。

6.我國多條高壓直流電線路的瓷絕緣子出現(xiàn)鐵帽腐蝕現(xiàn)象，在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽

的腐蝕，防護原理如圖所示?下列說法錯誤的是（）

鋅環(huán)

'濕潤的絕

?緣于表面

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2H2O+2e--H2t+2OK

C.斷電時，鋅環(huán)上的電極反應為Zn2++2e==Zn

D.斷電時，仍能防止鐵帽被腐蝕

答案c

解析鋅環(huán)與電源的正極相連，為陽極，A項正確；斷電時，Zn比鐵活潑，作負極，電極反

應為Zn—2e-=Zn2+,C項錯誤。

真題演練明確考向知己知彼百戰(zhàn)不殆

I__________________________________________

1.化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。

金屬外殼鋅粉

ZniiCu

二浸了KOH

I息鰲］溶液的隔板

、H?SO,溶液J

原電池示意圖鈕扣式銀鋅電池

甲乙

呼石墨棒

||！—:何化轉(zhuǎn)、炭工.

,氯化鉉、氯化鋅

鋅筒