高中化學(xué)【化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能-電池】

化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池

【目標(biāo)要求】1.以原電池為例認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度認(rèn)識(shí)原電池

的工作原理，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。2.體會(huì)提高燃料的燃燒效率、開(kāi)發(fā)高純清潔燃料和研制

新型電池的重要性。3.認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用，了解原電池及

其常見(jiàn)化學(xué)電源的工作原理；能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理，開(kāi)發(fā)新型電池。4.

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

象，選擇設(shè)計(jì)防腐措施。

考點(diǎn)一原電池的工作原理

r核心知識(shí)梳理

1.概念和反應(yīng)本質(zhì)

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

2.構(gòu)成條件

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

反應(yīng))。

(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(gè)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(yīng)用】

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

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(yīng)原理

電極名稱(chēng)負(fù)極正極

電極材料鋅片銅片

電極反應(yīng)Zn-2e=Zn2++2晨^=Cu

反應(yīng)類(lèi)型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)

電子流向由Zn片沿導(dǎo)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(yīng)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(fù)極被氧化，由于鋁表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，

使鋁鈍化，鈍化鋁作正極，銅被濃硝酸氧化，作負(fù)極，電極反應(yīng)：

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(fù)極，鎂作正極，電極反應(yīng)，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(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)，不要形成活潑電極一定

作負(fù)極的思維定勢(shì)。

I■辨析易錯(cuò)易混?正誤判斷」

(1)原電池工作時(shí)，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(fù)極(X)

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

(4)實(shí)驗(yàn)室制備H2時(shí)，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應(yīng)效果更佳(。)

(5)鐵銅原電池中，負(fù)極反應(yīng)式為Fe—3e-=Fe3+(X)

(6)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)(X)

(7)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(義)

-歸納總結(jié)

判斷原電池正、負(fù)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(xiàng)選擇題)

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

正確的是()

A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

B.電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SOT)減小

C.電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加

D.陰、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡

答案C

解析A項(xiàng)，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(yīng)

生成Cu,錯(cuò)誤；B項(xiàng)，由于陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，故甲池的c(SOF)不

變，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，在乙池中Cu2++2e-==Cu,同時(shí)甲池中的Z*+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)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(xiàng)，陽(yáng)離子交換膜只允

許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，電解過(guò)程中ZM+通過(guò)陽(yáng)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(guò)交換膜的，錯(cuò)誤。

2.分析下圖所示的四個(gè)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(fù)極，③④中Fe作負(fù)極

B.②中Mg作正極，電極反應(yīng)式為6H2O+6e~=6OH~+3H2t

C.③中Fe作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe—2e-=Fe2+

D.④中Cu作正極，電極反應(yīng)式為。2+2氏0+4屋=40H

答案BD

解析②中Mg不與NaOH溶液反應(yīng)，而A1能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子，故A1是負(fù)極；

③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNCh反應(yīng)失去電子作負(fù)極，A、C錯(cuò)；②中電池總反應(yīng)為

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

二者相減得到正極反應(yīng)式為6H2O+6e-=6OH"+3H2t,B正確。

3.我國(guó)科學(xué)家在太陽(yáng)能光電催化一化學(xué)耦合分解硫化氫研究中獲得新進(jìn)展，相關(guān)裝置如圖所

示。下列說(shuō)法不正確的是()

A.該裝置的總反應(yīng)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(xué)能”

C.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe3+—e=Fe2+

D.a極區(qū)需不斷補(bǔ)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(yīng)為H2s+2Fe3+===2H++S+2Fe2+（a極區(qū)）、2Fe2+-2e-===2Fe3+

（a極）、2H++2e--H2（b極），這三個(gè)反應(yīng)相加，結(jié)合反應(yīng)條件得到總反應(yīng)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(xué)能，故B正確；a極區(qū)涉及

兩步反應(yīng)，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(yīng)反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，所以a極區(qū)無(wú)需補(bǔ)充含F(xiàn)e，’

和Fe2+的溶液，故D錯(cuò)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(yīng)

C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-==H2t

D.燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)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(guò)導(dǎo)線，由Zn電極流向Fe電極，則。2在Fe電極發(fā)

-

生還原反應(yīng)：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(yīng)■:Zn-2e-=Zn2+<（

2+

5.控制合適的條件，將反應(yīng)2Fe3++2「2Fe+l2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判

斷不正確的是（）

檢流計(jì)

甲乙

A.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

B.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3+被還原

C.檢流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

D.檢流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中加入FeCb固體，乙中的石墨電極為負(fù)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(jì)讀數(shù)為零時(shí)，F(xiàn)e3+得電子速率等于Fe2+失電子速率，反應(yīng)達(dá)

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(dòng)，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(jiǎn)圖

氧化還原

反應(yīng)反應(yīng)

注意①電子移動(dòng)方向：從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極，電子不能通過(guò)電解質(zhì)溶液。

②若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽(yáng)離子移向正極區(qū)。

③若有交換膜，離子可選擇性通過(guò)交換膜，如陽(yáng)離子交換膜，陽(yáng)離子可通過(guò)交換膜移向正極。

考點(diǎn)二原電池原理的應(yīng)用

核心知識(shí)梳理

1.比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬,正極一般是活動(dòng)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)的金屬制品作原電池的正極而受到保護(hù)。

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。

【應(yīng)用體驗(yàn)】

設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3+的氧化性比C/+強(qiáng)。

(1)寫(xiě)出能說(shuō)明氧化性Fe3+大于CM+的離子方程式：o

(2)若要將上述反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，電極反應(yīng)式分別是：

①負(fù)極:。

②正極:?

(3)在框中畫(huà)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(cuò)易混?正誤判斷」

(1)某原電池反應(yīng)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(guò)量的鋅粉反應(yīng)，若加入適量的CuSCU溶液能加快反應(yīng)

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(jìn)行，且放大量熱，故可以設(shè)計(jì)成原電池(X)

F解題能力提升

1.(金屬的防護(hù))為保護(hù)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(xué)反應(yīng)速率)等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,分別加入過(guò)量的稀H2so4中，同時(shí)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(shí)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(yīng)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(yīng)速率，D項(xiàng)圖示符合要求。

3.(比較金屬活動(dòng)性)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:

baCda巴d

bC

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(wú)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(dòng)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(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作原電池負(fù)極,

b作原電池正極，金屬活動(dòng)性：a>b;由實(shí)臉②可知，b極有氣體產(chǎn)生，c極無(wú)變化，則活動(dòng)

性：b>c：由實(shí)驗(yàn)③可知，d極溶解，則d作原電池負(fù)極，c作正極，活動(dòng)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，活動(dòng)性：d>a?

綜上所述可知活動(dòng)性：d>a>b>Co

4.依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag.(aq)+Cu(s)=Cu"(aq)+2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示(鹽橋?yàn)?/p>

盛有KNCh瓊脂的U形管)。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

(1)電極X的材料是:電解質(zhì)溶液Y是..(填化學(xué)式)。

(2)銀電極為電池的.極，其電極反應(yīng)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(diǎn)三常見(jiàn)化學(xué)電源及工作原理

r

一、一次電池

只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用

1.堿性鋅鎰干電池

總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2o

+

道_鋅粉和KOH

的混合物

-MnO?

一金屬外殼

負(fù)極材料：Zn=

電極反應(yīng)：Zn+2OH—2e"=Zn(OH)2<.

正極材料：碳棒。

電極反應(yīng)：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH，

2.紐扣式鋅銀電池

總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。

金屬外殼

1華負(fù)里A

浸有KOH溶液

的隔板

電解質(zhì)是KOH。

負(fù)極材料：Zno

電極反應(yīng)：Zn+2OH—2e-^=Zn(OH)2o

正極材料：Ag2。。

電極反應(yīng)：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(yīng)可表示為8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S?

(1)負(fù)極材料為，電極反應(yīng)為0

(2)正極的電極反應(yīng)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(fù)原繼續(xù)使用

放電

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

PbOX正極)壓SO,(aq)

Pb(負(fù)極)

(1)放電時(shí)——原電池

負(fù)極反應(yīng)：PlXs)+SOr(aq)—2e「=PbSC)4(s)；

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

(2)充電時(shí)——電解池

陰極反應(yīng)：PbSO4(s)+2e^=Pb(s)+SOr(aq)；

陽(yáng)極反應(yīng)：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(fù)極同一電極

/1I

還原反應(yīng):陰極^—I充電可充電放電廠負(fù)極:氧化反應(yīng)

氧化反應(yīng):陽(yáng)極_電池_I＞正極:還原反應(yīng)

\-----------------------------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(shí)電極的連接：充電的目的是使電池恢復(fù)其供電能力，因此負(fù)極應(yīng)與電源的負(fù)極相連

以獲得電子，可簡(jiǎn)記為負(fù)接負(fù)后作陰極，正接正后作陽(yáng)極。

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

同一電極周?chē)娜芤?，充電與放電時(shí)pH的變化趨勢(shì)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?xún)煞N。

種類(lèi)酸性堿性

+

負(fù)極反應(yīng)式2H2-4e"=4H2H2+4OH-4e~=4H2O

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

正極反應(yīng)式22O2+2H2O+4e=40H^

電池總反應(yīng)式2H2+O2=2H2O

備注燃料電池的電極不參與反應(yīng)，有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)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(yīng)式書(shū)寫(xiě)的常用方法

第一步，寫(xiě)出電池總反應(yīng)式。

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

應(yīng)。

如甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為NaOH溶液）的反應(yīng)如下：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

C02+2NaOH=Na2CO3+H20②

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

第二步，寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式。

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

電極反應(yīng)也會(huì)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(dǎo)。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(yīng)式一電池的正極反應(yīng)式=電池的負(fù)極反應(yīng)式。

【應(yīng)用體驗(yàn)】

以甲烷燃料電池為例，分析不同的環(huán)境下電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)。

（1）酸性介質(zhì)（如H2s0。

總反應(yīng)式：。

負(fù)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(yīng)式：。

負(fù)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(dǎo)。2一)

總反應(yīng)式：.

負(fù)極：。

正極：。

答案CH4+2O2=CO2+2H2O

2-

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

2O2+8e-=4O2—

|■辨析易錯(cuò)易混?正誤判斷」

(1)太陽(yáng)能電池不屬于原電池(J)

(2)手機(jī)、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池(X)

(3)鉛蓄電池放電時(shí)，正極與負(fù)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(chǔ)存

時(shí)間長(zhǎng)(X)

(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(X)

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

(7)鉛蓄電池工作時(shí)，當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.1mol電子時(shí)，負(fù)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(xué)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(shí)

的反應(yīng)為4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列說(shuō)法正確的是()

A.Li為電池的正極

B.電池工作時(shí)，Li卡向負(fù)極移動(dòng)

C.正極的電極反應(yīng)式為FeS?+4e=Fe+2S2

D.將熔融的LiCF3sO3改為L(zhǎng)iCl的水溶液，電池性能更好

答案C

0+1

解析A項(xiàng)，由Li-Li2s發(fā)生氧化反應(yīng)，可知Li為電池負(fù)極；B項(xiàng)，電池工作時(shí)，陽(yáng)離子（Li+）

移向正極；D項(xiàng)，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(xué)方法處理有機(jī)廢水的原理示意圖。下列說(shuō)法正確的是（）

A.a、b極不能使用同種電極材料

B.工作時(shí)，a極的電勢(shì)低于b極的電勢(shì)

C.工作一段時(shí)間之后，a極區(qū)溶液的pH增大

D.b極的電極反應(yīng)式為：CH3coO+4H2O-8e=2HCO3+9H'

答案D

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

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

可異，A項(xiàng)錯(cuò)誤；a極（正極）的電勢(shì)高于b極（負(fù)極）的電勢(shì)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；a極（正極）電極反應(yīng)式

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

電中性，必有2moiH+通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入a極溶液，同時(shí)電極反應(yīng)消耗1molH卡,故工作

一段時(shí)間之后，a極區(qū)溶液中H+濃度增大，pH減小，C項(xiàng)錯(cuò)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(fù)極）反應(yīng)為CH3coCF+4H2O-8e-=2HCO,+9H+,D項(xiàng)

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(yīng)式為2Na

+xS^=Na2Sx，正極的電極反應(yīng)式為c

M(由Na2O和AI2O3制得)的兩個(gè)作用是、

-UTM

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

答案入5+2^(或2Na++xS+2e-^=Na2S.J導(dǎo)電和隔離鈉與硫

題組二二次電池的充放電(不定項(xiàng)選擇題)

4.銀鎘(Ni-Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)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(jìn)行：Cd+2NiOOH+2H2。凄杳Cd(OH)2+2Ni(OH)2，有關(guān)該電池

的說(shuō)法正確的是()

A.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)：Ni(OH)2+OH-e=NiOOH+H2O

B.充電過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程

C.放電時(shí)負(fù)極附近溶液的堿性不變

D.放電時(shí)電解質(zhì)溶液中的0H一向負(fù)極移動(dòng)

答案AD

解析放電時(shí)Cd的化合價(jià)升高，Cd作負(fù)極，Ni的化合價(jià)降低，NiOOH作正極，則充電時(shí)

Cd(OH)2作陰極，Ni(OH)2作陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O,A項(xiàng)

正確；充電過(guò)程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程，B項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)負(fù)極電極反應(yīng)式為Cd+2OH-

-

-2e=Cd(OH)2,Cd電極周?chē)鶲K的濃度減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)OK向負(fù)極移動(dòng)，D項(xiàng)

正確。

5.某電動(dòng)汽車(chē)配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i-KoO2+

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

A.放電時(shí)，Li+在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移

B.放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i,G—xe=xU++C6

C.充電時(shí)，若轉(zhuǎn)移1mole,石墨(C6)電極將增重7xg

D.充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iCoO?—xe--Lii-CoO2+xLi+

答案C

解析放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為L(zhǎng)i.vCfi-xe=.rLi++Cs,正極反應(yīng)為L(zhǎng)i?-1COO2+xe+xLi

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

墨C6電極將增重7g,C項(xiàng)錯(cuò)誤；充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為放電時(shí)正極反應(yīng)的逆反應(yīng)：LiCoO?

+

—.re^^=Lii-vCoO2+xLi,D項(xiàng)正確。

6.一種突破傳統(tǒng)電池設(shè)計(jì)理念的鎂一睇液態(tài)金屬儲(chǔ)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(shí)中間層熔融鹽的組成及濃度不變。該電池工作

一段時(shí)間后，可由太陽(yáng)能電池充電。下列說(shuō)法不正確的是（）

Mg（液）電

流

熔融NaCl、KC1、MgCb方

向

Mg-Sb（液）

A.放電時(shí)，Mg（液）層的質(zhì)量減小

B.放電時(shí)正極反應(yīng)為：Mg2++2e==Mg

C.該電池充電時(shí)，Mg—Sb（液）層發(fā)生還原反應(yīng)

D.該電池充電時(shí)，C「向中層和下層分界面處移動(dòng)

答案C

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

正極鎂離子得電子得到Mg,則放電時(shí)正極反應(yīng)為：Mg2++2e-=:Mg,正確；C項(xiàng)，該電池

充電時(shí)，Mg-Sb（液）層為陽(yáng)極，陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，該電池充電時(shí)，

陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，即C「向中層和下層分界面處移動(dòng)，正確。

題組三燃料電池（不定項(xiàng)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(shí)，該電池工作原理

如圖。下列說(shuō)法正確的是（）

A.a為CH4,b為CO?

B.CO歹向正極移動(dòng)

C.此電池在常溫下也能工作

D.正極的電極反應(yīng)式為O2+2CCh+4e-=2CO『

答案D

解析電極反應(yīng)式如下：

負(fù)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(yīng)移向負(fù)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(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-=2H2O

C.電路中每通過(guò)4moi電子，在正極消耗44.8LH2s

D.每17gH2s參與反應(yīng)，有2moiH+經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)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(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，氧氣得電子生成水，B項(xiàng)正確；

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

應(yīng)該消耗1mol。2,負(fù)極應(yīng)該有2moiH2s反應(yīng)，但是題目中沒(méi)有給定標(biāo)準(zhǔn)狀況下，所以不

一定是44.8L,故C錯(cuò)誤；17gH2s即0.5mol&S,每0.5molH2s參與反應(yīng)會(huì)消耗0.25mol

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

錯(cuò)誤。

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

Y,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）

A.石墨I(xiàn)為正極，石墨H為負(fù)極

B.Y的化學(xué)式可能為N2O5

-

C.石墨I(xiàn)的電極反應(yīng)式為NO2+NO；-e=N2O5

D.石墨H上發(fā)生氧化反應(yīng)

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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

(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(fù)極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。

(3)通過(guò)介質(zhì)中離子的移動(dòng)方向，可判斷電池的正負(fù)極，同時(shí)考慮該離子參與靠近一極的電極

反應(yīng)。

考點(diǎn)四金屬的腐蝕與防護(hù)

「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?yáng)離子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。

2.金屬腐蝕的類(lèi)型

(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕

類(lèi)型化學(xué)腐蝕電化學(xué)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(wú)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(shí)發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍

(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕

以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析:

類(lèi)型析氫腐蝕吸氧腐蝕

條件水膜酸性較強(qiáng)(PHW4.3)水膜酸性很弱或呈中性

負(fù)極Fe-2e^^=Fe2+

電極反應(yīng)

正極2H+2=H2tO2+2H2O+4e=4OH

總反應(yīng)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(yīng)用】

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)式為,

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)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(dǎo)管內(nèi)液面上升

3.金屬的防護(hù)

(1)電化學(xué)防護(hù)

①犧牲陽(yáng)極保護(hù)法一原電池原理

a.負(fù)極：比被保護(hù)金屬活潑的金屬；

b.正極：被保護(hù)的金屬設(shè)備。

②外加電流的陰極保護(hù)法一電解原理

a.陰極：被保護(hù)的金屬設(shè)備；

b.陽(yáng)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(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。

【應(yīng)用體驗(yàn)】

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)椤?/p>

答案⑤④②①③⑥

解析②③?均為原電池，③中Fe為正極，被保護(hù)；②④中Fe為負(fù)極，均被腐蝕，但Fe

和Cu的金屬活動(dòng)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(yáng)極，Cu接電源負(fù)極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負(fù)

極作陰極，Cu接電源正極作陽(yáng)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?yàn)棰?，④〉②〉①，③〉⑥O

■歸納總結(jié)

金屬腐蝕快慢的規(guī)律

(1)對(duì)同一電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，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(xué)腐蝕〉有防護(hù)措施的腐蝕。

(2)對(duì)同一金屬來(lái)說(shuō)，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強(qiáng)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(dòng)性不同的兩種金屬，活動(dòng)性差別越大，腐蝕速率越快。

(4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。

|■辨析易錯(cuò)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(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極鐵失去電子生成Fe3+(X)

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

(5)鐵表面鍍鋅可增強(qiáng)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(shí)驗(yàn)探究

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

原理如圖所示，下列說(shuō)法正確的是（）

電解質(zhì)溶液多孔鐵銹

A.腐蝕過(guò)程中，負(fù)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(yīng)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(yīng)

答案D

解析A項(xiàng)，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(fù)極，F(xiàn)e易失電

子,故腐蝕過(guò)程中，負(fù)極是Fe,錯(cuò)誤；B項(xiàng)，原電池中電子由負(fù)極Fe直接向正極C流動(dòng),

在電解質(zhì)溶液中依靠離子的移動(dòng)導(dǎo)電，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，該原電池中，C作正極，正極上氧氣得

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

C表面上發(fā)生還原反應(yīng)，正確。

2.某同學(xué)進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)

操作現(xiàn)象

含酚歆和K,[Fe（CN）?|藍(lán)色

的食鹽水紅色3?

放置一段時(shí)間后，生鐵片上出

取一塊打磨過(guò)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(xiàn)和為紅色，中心區(qū)域?yàn)樗{(lán)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(shuō)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(yīng)式為Fe—2e-==Fe2'

C.邊緣處的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e——40H-

2++

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

答案D

--

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

腐蝕，故A、C兩項(xiàng)合理；根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，中心區(qū)域?yàn)樗{(lán)色，說(shuō)明生成了Fe2+,Fe-2e-===Fe2+,

故B項(xiàng)合理；在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹，是因?yàn)樯傻臍溲趸瘉嗚F被氧氣氧化成了氫氧化鐵，

故D項(xiàng)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(shuō)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(yīng)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(huì)減緩

答案A

解析pH>14的溶液為堿性，正極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(huì)減慢，故D

不符合題意。

'反思?xì)w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(hù)措施的設(shè)計(jì)與選擇

4.港珠澳大橋設(shè)計(jì)壽命為120年，對(duì)橋體鋼制構(gòu)件采用了多種防腐措施，下列防腐措施錯(cuò)誤

的是（）

A.用導(dǎo)線與石墨相連B.用導(dǎo)線與電源負(fù)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(xiàng)，石墨、Fe和電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，F(xiàn)e作負(fù)極加速被腐蝕，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，將鐵

和電源負(fù)極相連時(shí)Fe作陰極而被保護(hù)，正確；C項(xiàng)，為犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，正確；D項(xiàng)，為增

加防護(hù)層，正確。

5.利用如圖裝置可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

M

1-1I乩

X、JN./鐵

A.若X為鋅棒，開(kāi)關(guān)K置于M處，可減緩鐵的腐蝕

B.若X為鋅棒，開(kāi)關(guān)K置于M處，鐵極發(fā)生氧化反應(yīng)

C.若X為碳棒，開(kāi)關(guān)K置于N處，可減緩鐵的腐蝕

D.若X為碳棒，開(kāi)關(guān)K置于N處，X極發(fā)生氧化反應(yīng)

答案B

解析若X為鋅棒，開(kāi)關(guān)K置于M處時(shí)，鋅作負(fù)極，鐵作正極被保護(hù)，A項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯(cuò)

誤；若X為碳棒，開(kāi)關(guān)K置于N處，鐵連接電源負(fù)極作陰極被保護(hù)，C項(xiàng)正確；X連接電

源正極作陽(yáng)極被氧化，D項(xiàng)正確。

6.我國(guó)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(hù)原理如圖所示?下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

鋅環(huán)

'濕潤(rùn)的絕

?緣于表面

A.通電時(shí)，鋅環(huán)是陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)

B.通電時(shí)，陰極上的電極反應(yīng)為2H2O+2e--H2t+2OK

C.斷電時(shí)，鋅環(huán)上的電極反應(yīng)為Zn2++2e==Zn

D.斷電時(shí)，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(yáng)極，A項(xiàng)正確；斷電時(shí)，Zn比鐵活潑，作負(fù)極，電極反

應(yīng)為Zn—2e-=Zn2+,C項(xiàng)錯(cuò)誤。

真題演練明確考向知己知彼百戰(zhàn)不殆

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1.化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)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