2020版高考化学一轮复习 专题五 化学反应与能量变化 课时22 原电池及其应用 新人教版

课时22原电池及其应用【课时导航】复习目标1. 了解原电池的工作原理。2. 能写出电极反应式和电池总反应式。3. 了解常见化学电源的种类及其工作原理。4. 理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及其防护措施。知识网络问题思考问题1：金属腐蚀的种类有哪些?问题2：若燃料电池正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，常见的类型有哪几种?【课前自测】1. (2020邢台模拟)下列有关铜锌原电池的叙述正确的是()A. 盐桥中的Cl-移向CuSO4溶液B. 电池总反应式为Zn+Cu2+Zn2+CuC. 在外电路中，电子从正极流向负极D. 取下盐桥，原电池仍可工作【答案】B【解析】盐桥中的Cl-移向负极，即移向ZnSO4溶液，A错；B正确；原电池工作时，电子从电池负极经外电路流向正极，C错；取下盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能工作，D错。2. (2020河南信阳二调)以氨作为燃料的固体氧化物(含有O2-)燃料电池，具有全固态结构、能量效率高的特点，另外氨气含氢量高，不含碳，易液化，方便运输和贮存，是很好的氢源载体。其工作原理如下图所示，下列关于直接氨固体氧化物燃料电池的说法正确的是()A. 电极a为电源的阴极B. 固体氧化物作为电池工作的电解质，其作用是让电子在电池内移动C. 电池工作时，在a电极接触面上发生的电极反应式为2NH3+3O2-6e-N2+3H2OD. 外电路的电流方向为从电极a流向电极b【答案】C【解析】此为燃料电池即原电池，故电极a为负极，A错；固体氧化物作用是让离子在电池内移动而非电子，B错；放电时，在a电极接触面上发生的电极反应式为2NH3+3O2-6e-N2+3H2O，C正确；外电路电流方向为b流向a，D错。3. (2020福建卷)某原电池装置如下图所示，电池总反应式为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是()A. 正极反应式为AgCl+e-Ag+Cl-B. 放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C. 若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D. 当电路中转移0.01 mol e-时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子【答案】D【解析】正极反应为Cl2+2e-2Cl-，A项错误；放电时，交换膜右侧的电极为正极，交换膜左侧的电极为负极，负极放电产生的Ag+与电解质HCl中的Cl-结合生成AgCl白色沉淀，则负极反应式：2Ag-2e-+2Cl-2AgCl，B项错误；负极放电产生的Ag+与电解质中的Cl-结合，若用NaCl代替盐酸不会改变电池总反应，C项错误；当电路中转移0.01 mol e-时，交换膜左侧的电极放电产生0.01 mol Ag+，与电解质中的0.01 mol Cl-结合生成AgCl沉淀，同时约有0.01 mol H+通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，则交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子，D项正确。4. (2020河北校级模拟)下图实验为研究金属腐蚀的实验。下列相关说法正确的是()A. 该实验研究的是金属的吸氧腐蚀B. 铁表面的反应为Fe-3e-Fe3+C. 红色首先在食盐水滴的中心出现D. 食盐水中有气泡逸出【答案】A【解析】氯化钠溶液呈中性，钢铁发生吸氧腐蚀，A正确；铁失电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe-2e-Fe2+，B错；铁板中的碳作正极，电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-，因正极反应需要氧气参加，故溶液周边接触空气处显碱性，首先变红，C错；负极反应式为Fe-2e-Fe2+，正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-，所以整个过程中没有气体生成，D错。【自主学习】 考点1原电池的工作原理【基础梳理】电极反应负极(锌片)：Zn-2e-Zn2+正极(铜片)：2H+2e-H2总反应式：Zn+2H+Zn2+H2离子迁移方向阳离子向极移动，阴离子向极移动电子流向与电流流向电子由极流出经导线流向极电流由极流出经导线流向极导线中是电子导电，溶液中是离子导电微课24盐桥的作用1. 盐桥及其作用(1)盐桥：盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。(2)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流；使能量利用转化更高效。2. 单池原电池和盐桥原电池的对比比较图1和图2两装置：电极、电极反应、总反应、反应现象都相同。不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2+，会有一部分Zn与Cu2+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。图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2+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。【举题说法】原电池的工作原理【例题1】下列关于装置图(如右下图)的叙述不正确的是()A. 装置中，电流计的指针不偏转B. 锌是负极，铜是正极C. 电子从锌极流出，经导线流入铜极D. 锌极消耗，铜极上有铜析出【答案】A【解析】装置已构成原电池，所以电流计的指针偏转。【变式】1(2020河北校级模拟)根据右图，下列判断正确的是()A. 烧杯a中的溶液pH降低B. 烧杯b中发生氧化反应C. 烧杯a中发生的反应为2H+2e-H2D. 烧杯b中发生的反应为2Cl-2e-Cl2【答案】B【解析】Zn比Fe活泼，所以Zn作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-Zn2+；Fe作正极，氧气在该电极上发生还原反应，电极反应式为2H2O+O2+4e-4OH-，反应后溶液pH升高。原电池的设计【例题2】实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3+立即被还原成Fe2+。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如右图所示的原电池装置。下列有关说法正确的是()A. 该原电池的正极反应式：Zn-2e-Zn2+B. 左烧杯中溶液的红色逐渐褪去C. 该电池铂电极上有气泡出现D. 该电池总反应式为3Zn+2Fe3+2Fe+3Zn2+【答案】B【解析】Zn失去电子发生氧化反应，作负极，A错；Fe3+在正极得电子被还原为Fe2+，溶液红色逐渐褪去，B正确；铂电极上Fe3+被还原为Fe2+，没有气体生成，C错；该电池总反应式为Zn+2Fe3+2Fe2+Zn2+，没有单质生成，D错。【变式】2(2020太原模拟)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应：Ag+e-Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A. B. C. D. 【答案】C【解析】原电池中，较活泼的金属铜作负极，负极上金属铜失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属银作正极，正极上银离子得电子发生还原反应。在外电路中，电流由银电极流向铜电极，错误；正极上Ag+得电子发生还原反应，所以反应为Ag+e-Ag，正确；实验过程中取出盐桥，不能构成闭合回路，所以原电池不能继续工作，错误；将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应均为Cu+2Ag+2Ag+Cu2+，正确。陌生原电池工作原理图【例题3】(2020新课标卷)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如下图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A. 正极反应中有CO2生成B. 微生物促进了反应中电子的转移C. 质子通过交换膜从负极区移向正极区D. 电池总反应式为C6H12O6+6O26CO2+6H2O【答案】A【解析】C6H12O6中C元素的化合价由0价升高到CO2中的+4价，失去电子，是负极反应，A错；在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率比化学反应速率快，所以微生物促进了反应的发生，B正确；原电池中阳离子向正极移动，C正确；电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，D正确。【变式】3利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO2+2H2O2HCOOH+O2，装置如右图所示，下列说法不正确的是()A. 该装置将太阳能转化为化学能和电能B. 电极1周围pH增大C. 电极2上发生的反应为CO2+2H+2e-HCOOHD. H+由电极1室经过质子膜流向电极2室【答案】B【解析】该过程将太阳能转变为化学能储存在HCOOH和O2中，同时提供了电能，A正确；电极1为电子流出的一极，作负极，电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+，故该电极周围溶液的pH减小，B错；电极2上CO2得电子生成HCOOH，电极反应式为CO2+2H+2e-HCOOH，C正确；原电池在工作时，阳离子从负极区移向正极区，D正确。比较金属的活泼性大小【例题4】有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由D导线C；A、C用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡；B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应；用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此判断五种金属的活动性顺序是()A. ABCDE B. ACDBE C. CABDE D. BDCAE【答案】B【解析】金属与稀硫酸组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H+在正极表面得到电子生成H2，电子运动方向：负极正极，电流方向：正极负极。在题述原电池中，金属活动性：AB，CD，AC，DB，BE。综上可知，金属活动性：ACDBE。【变式】4 有A、B、C、D四种金属，做如下实验：将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀；将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是()A. ABCDB. CDAB C. DABC D. ABDC【答案】C【解析】A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池，B不易腐蚀，说明B为原电池的正极，金属活动性：AB；A、D与等物质的量浓度的盐酸反应，D比A反应剧烈，金属活动性：DA；根据置换反应规律，Cu不能置换出B，说明金属活动性：BCu，Cu能置换出C，说明金属活动性：CuC。则四种金属活动性的排列顺序是DABC。 原电池正、负极的判断方法(1)由组成原电池两极的电极材料判断：如果两极是由活泼性不同的金属作电极时，一般情况下相对活泼的金属是负极，活泼性较弱的金属是正极(要注意特殊条件，如Mg-Al-NaOH，Al才是负极；Al-Cu-浓硝酸，Cu才是负极)；如果是由金属和非金属导体(或金属氧化物导体)作电极，金属是负极，非金属导体(或金属氧化物导体)是正极。(2)根据氧化还原反应判断：发生氧化反应(或在该电极处失电子)的电极为负极；发生还原反应(或在该电极处得电子)的电极为正极。(3)根据电子或电流的流向判断：电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。(4)根据原电池里电解质溶液中离子的流动方向判断：阳离子移向的电极为正极，阴离子移向的电极为负极。(5)根据原电池的两极发生的现象判断：溶解或质量减轻的电极为负极，有气体生成或金属析出的电极为正极(此规则具有相当的局限性，它只适用于一些非常常规的原电池的电极判断，如Al-Cu-稀硫酸)。【小结】 考点2常见的化学电源【基础梳理】1. 一次电池干电池(1)NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液负极：Zn-2e-Zn2+正极：2N+2e-2NH3+H2、2MnO2+H2Mn2O3+H2O电池总反应：Zn+2MnO2+2NH4ClZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O(2)碱性锌锰干电池(电解质：KOH)负极(Zn)：Zn+2OH-2e-Zn(OH)2正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)22. 常见的燃料电池(1)燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类。(2)一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧气及电解质溶液共同组成的原电池，虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应，但其总反应式应该是可燃物在氧气中燃烧。以氢氧燃料电池为例：氢氧燃料电池电池总反应式：2H2+O22H2O酸性负极反应式正极反应式碱性负极反应式正极反应式乙醇-氧气燃料电池(正极反应式与氢氧燃料电池正极反应式相同，下面只需写出负极反应式即可) (碱性介质) (酸性介质)3. 二次电池(可充电电池)铅蓄电池(负极：；正极：；电解质：H2SO4溶液)的充放电过程：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)放电过程负极： (反应)正极： (反应)总反应：充电过程(是放电反应的逆过程)阴极：(接电源的极，反应)阳极：(接电源的极，反应)电池总反应：微课25有机物燃料电池的电极反应式的书写方法以乙醇(碱性)燃料电池为例：(1)首先写出C2H5OH的燃烧化学方程式，以确定转移的电子数。C2H5OH+3O22CO2+3H2O由O2可推出转移的电子数为12e-(2)在负极C2H5OH为失电子的还原性物质，故负极电极反应式书写的步骤如下：(3)在碱性条件下，O2为正极反应的得电子物质，故正极电极反应式书写的步骤如下：【巩固训练】1. 甲烷燃料电池(1)酸性电解质(铂为两极，电解液为H2SO4溶液)正极：；负极：；总反应：。(2)碱性电解质(铂为两极，电解液为KOH溶液)正极：；负极：；总反应：。2. 甲醇燃料电池(1)酸性电解质(铂为两极，电解液为H2SO4溶液)正极：；负极：；总反应：。(2)碱性电解质(铂为两极，电解液为KOH溶液)正极：；负极：；总反应方程式：。【答案】1. (1)2O2+8e-+8H+4H2OCH4-8e-+2H2OCO2+8H+CH4+2O2CO2+2H2O(2)2O2+8e-+4H2O8OH-CH4-8e-+10OH-C+7H2OCH4+2O2+2OH-C+3H2O2. (1)3O2+12e-+12H+6H2O2CH3OH-12e-+2H2O12H+2CO22CH3OH+3O22CO2+4H2O(2)3O2+12e-+6H2O12OH-2CH3OH-12e-+16OH-2C+12H2O2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O【举题说法】常见的化学电源【例题5】(2020北京卷)下列电池工作时，O2在正极放电的是()A. 锌锰电池B. 氢燃料电池C. 铅蓄电池D. 镍镉电池【答案】B【解析】锌锰干电池的正极为二氧化锰得电子，A错误；燃料电池正极为氧气得电子，B正确；铅蓄电池正极为二氧化铅得电子，C错误；镍镉电池的正极为氢氧化镍得电子，D错误。【变式】5某简易电池如右下图所示，离子可在琼脂中移动。放电时，下列说法错误的是()A. 锌极上电极反应式为Zn-2e-Zn2+B. MnO2得电子被还原C. N通过琼脂向锌极移动D. 外电路中电流的方向从碳棒到锌片【答案】C【解析】锌为负极，碳棒为正极，所以阳离子N向正极移动。燃料电池【例题6】近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下：请回答下列问题：(1)Pt(a)电极是电池的极，电极反应式为；Pt(b)电极发生(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为。(2)电池的总反应式为 。(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH有mol。【答案】(1)负CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+还原O2+4H+4e-2H2O(2)2CH3OH+3O22CO2+4H2O(3)【解析】(1)从示意图中可以看出电极Pt(a)上CH3OH转化为CO2，发生氧化反应，为负极，酸性介质中电极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+；Pt(b)电极上O2得电子发生还原反应，为正极，电极反应式为O2+4H+4e-2H2O。(2)电池总反应为CH3OH的氧化反应。(3)由电池总反应式可知，2 mol CH3OH参加反应转移12 mol e-，则转移2 mol e-时消耗 mol CH3OH。【题组训练1】1. (2020韶关翁源中学)以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料、石墨为电极可构成燃料电池。已知该燃料电池的总反应式为2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O，该电池中负极上的电极反应式是2CH3OH-12e-+16OH-2C+12H2O，则正极上发生的电极反应为。【答案】3O2+6H2O+12e-12OH-(或O2+2H2O+4e-4OH-)2. 下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图。(a、b均为多孔性Pt电极)请填空：(1)b电极是(填“正”或“负”)极。(2)a电极上的电极反应式为 。【答案】(1)正(2)CH3OCH3-12e-+3H2O2CO2+12H+【解析】二甲醚是燃料，所以a极是负极，b极是正极。a电极上发生氧化反应，由图可知是酸性电池，由二甲醚的燃烧化学方程式可知反应转移12个电子，产物为二氧化碳，由电荷守恒得出电极反应式。3. 将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，构成甲烷燃料电池。其负极的电极反应式是。【答案】CH4-8e-+10OH-C+7H2O【解析】由甲烷燃烧化学方程式可知反应转移8个电子，电池是碱性的，所以产物为C，由电荷守恒得出电极反应式。4. 科学家制造出一种使用固体电解质的高效燃料电池。一个电极通入空气，另一个电极通入燃料蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导O2-(其中氧化反应发生完全)。以丙烷(C3H8)代表燃料。(1)电池的负极反应式为 。(2)放电时固体电解质里的O2-向(填“正”或“负”)极移动。【答案】(1)C3H8+10O2-20e-3CO2+4H2O(2)负【解析】首先确定1个C3H8燃烧变为CO2共失去20个电子，由题意固体电解质在高温下能传导O2-(其中氧化反应发生完全)，电池的负极反应式为C3H8+10O2-20e-3CO2+4H2O。原电池中，电解质溶液中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。其他新型电源【例题7】(2020江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如下图。下列有关该电池的说法正确的是()A. 反应CH4+H2O3H2+CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B. 电极A上H2参与的电极反应式为 H2+2OH-2e-2H2OC. 电池工作时，C向电极B移动D. 电极B上发生的电极反应式为 O2+2CO2+4e-2C【答案】D【解析】CH4中C为-4价，CO中C为+2价，故每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，A错误；由于使用的是熔融的碳酸盐电池，熔液中没有OH-，故在A电极上不可能有OH-参与电极反应，正确的电极反应为H2-2e-+CCO2+H2O，B错误；电池工作时，阴离子向负极(A极)移动，C错误；在电极B上O2得电子后结合CO2生成了C，D正确。【题组训练2】5. (2020三门峡模拟)近年来科学家正在研制一种高容量、低成本锂-铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电力，其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O2Cu+2Li+2OH-，下列说法不正确的是()A. 放电时，Li+透过固体电解质向Cu极移动B. 放电时，负极的电极反应式为 CuO+H2O+2e-Cu+2OH-C. 通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OD. 整个反应过程中，铜相当于催化剂【答案】B【解析】放电时，阳离子向正极移动，则Li+透过固体电解质向Cu极移动，A正确；放电时，负极的电极反应式为Li-e-Li+，B错；放电过程为2Li+Cu2O+H2O2Cu+2Li+2OH-，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，C正确；通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，D正确。6. (2020新课标卷)2020年3月我国科学家报道了如右图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()A. a为电池的正极B. 电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLiC. 放电时，a极锂的化合价发生变化D. 放电时，溶液中Li+从b向a迁移【答案】C【解析】根据题给装置图判断，电极b为原电池的负极，电极反应式为Li-e-Li+，则a为电池的正极，A项正确；a电极的电极反应式为Li1-xMn2O4+xe-+xLi+LiMn2O4，则充电时的反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi，B项正确；放电时a极中是锰的化合价发生变化，C项错误；放电时阳离子移向电源的正极，D项正确。7. (2020全国卷)右图所示是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是()A. 放电时正极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-B. 电池的电解液可为KOH溶液C. 充电时负极反应为MH+OH-H2O+M+e-D. MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高【答案】C【解析】电池放电时正极发生还原反应，A项正确；电池正极反应物为NiOOH，所以电解质溶液须为碱性，可为KOH溶液，B项正确；充电时，该电池负极作阴极，发生得电子的还原反应，C项错误；MH中氢密度越大，其化学能密度越高，电池的能量密度越高，D项正确。金属的腐蚀【例题8】(2020洛阳二模)如右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面图。下列说法正确的是()A. 该电化学腐蚀为析氢腐蚀B. 图中生成铁锈最多的是C区域C. A区域比B区域更易腐蚀D. 铁闸中负极的电极反应式：Fe-2e-Fe2+【答案】D【解析】海水溶液为弱碱性，发生吸氧腐蚀，在酸性较强的条件下才发生析氢腐蚀，A错误；在B区域，海水与氧气接触，与Fe最易形成原电池，发生吸氧腐蚀的程度最大，生成铁锈最多，B、C错误；Fe作负极失电子生成亚铁离子，则负极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+，D正确。【题组训练】38. (2020上海卷)研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示，下列有关说法错误的是()A. d为石墨，铁片腐蚀加快B. d为石墨，石墨上电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-C. d为锌块，铁片不易被腐蚀D. d为锌块，铁片上电极反应式为2H+2e-H2【答案】D【解析】d为石墨，活泼金属铁片作负极，所以铁片腐蚀加快，A正确；海水呈弱碱性，所以发生吸氧腐蚀，石墨作正极，电极反应式：O2+2H2O+4e-4OH-，B正确；锌比铁活泼，锌作负极被腐蚀，铁片作正极被保护，C正确；d为锌块，作为负极，因海水呈弱碱性，所以发生吸氧腐蚀，所以铁片上电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-，D错。9. (2020肇庆二模)相同材质的铁在下图中的四种情况下腐蚀最快的是() A B C D【答案】A【解析】A项中的铁作原电池的负极，加快腐蚀的速率；B、D项中的铁作原电池的正极被保护；C项中铁球镀上均匀的铜，铁被保护。10. 下列叙述不正确的是()A. 金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍B. 钢铁在干燥空气里不易腐蚀C. 用铝质铆钉来接铁板，铁板易被腐蚀D. 金属腐蚀的本质是M-ne-Mn+而被损耗【答案】C【解析】铝比铁活泼，用铝质铆钉来接铁板，构成了原电池，铝作负极，易被腐蚀，铁板作正极，被保护。 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀发生条件金属与反应物直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有电流产生本质金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但以电化学腐蚀更普遍【随堂检测】1. 某小组为研究电化学原理，设计如右图装置。下列叙述不正确的是()A. a、b不连接时，只有锌片上有气泡逸出B. a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为2H+2e-H2C. a和b是否用导线连接，装置中所涉及的化学反应都相同D. a和b用导线连接或接直流电源，锌片都能溶解【答案】D【解析】a、b不连接时，锌置换出氢气，所以锌片上有气泡逸出；a和b用导线连接时，构成原电池，负极锌失去电子溶解，正极铜片上发生还原反应：2H+2e-H2；a和b是否用导线连接，装置中所涉及的化学反应都是锌置换出H2；若a直接与外电源的负极相连时，锌片被保护。2. (2020江淮名校二模)下列说法正确的是()A. 原电池放电过程中，负极质量一定减轻，或正极质量一定增加B. Fe、Cu组成原电池：Fe一定是负极C. 为加快一定量的Zn与足量稀硫酸反应的速率，且不影响生成H2的总量，可加入少量CuSO4溶液D. 某海水电池总反应表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl，则负极反应式为Ag-e-+Cl-AgCl【答案】D【解析】A项，燃料电池形成的原电池放电过程中，两个电极上都是通入的气体发生的氧化还原反应，正、负极质量不变，错误；B项，Fe、Cu组成原电池，如果电解质溶液为浓硝酸，Fe遇到浓硝酸发生钝化，Cu作负极，错误；C项，当加入少量CuSO4溶液时，Zn首先与CuSO4溶液发生反应，使Zn与稀硫酸反应生成H2的总量减少，错误；D项，在原电池反应中负极失电子，发生氧化反应，所以负极的电极反应式为Ag-e-+Cl-AgCl，正确。3. (2020梅州模拟)某原电池总反应为Cu+2Fe3+Cu2+2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是()ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)3【答案】D【解析】由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu；由Fe3+得电子生成Fe2+知，电解质溶液中必须含有Fe3+。同时符合上述两个条件的只有D项。4. (1)(2020四川卷)以Al和NiOOH为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiOOH转化为Ni(OH)2，该电池反应的化学方程式是。(2)(2020新课标卷)与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。(3)(2020上饶联考)开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如下图所示。通过a气体的电极是原电池的(填“正”或“负”)极，其电极反应式为 。【答案】(1)Al+3NiOOH+NaOH+H2ONaAlO2+3Ni(OH)2(2)Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-2Fe+3Zn+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-(3)负CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+【解析】(1)利用题中信息可知放电时NiOOH作正极，发生还原反应，则Al作负极，因电解质溶液为NaOH，则放电时Al极发生氧化反应生成NaAlO2，由此容易写出电池总反应式。(2)正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3+，由于是碱性环境，故生成Fe(OH)3，电极反应式为Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。两电极反应式相加得2FeO+3Zn+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-。(3)根据甲醇燃料电池的工作原理图可知，电子由a极流向b极，且H+由左向右迁移，所以a电极是负极，甲醇在负极失电子生成CO2，则电极反应式为CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+。【参考答案】【参考答案】问题思考问题1金属腐蚀的种类有：(1)化学腐蚀：由一般的化学反应引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀：以钢铁的腐蚀为例析氢腐蚀(强或较强酸性条件下)负极：Fe-2e-Fe2+正极：2H+2e-H2总反应式：Fe+2H+Fe2+H2吸氧腐蚀(中性、碱性或极弱酸性条件下)负极：Fe-2e-Fe2+正极：O2+2H2O+4e-4OH-总反应式：4Fe+6H2O+3O24Fe(OH)3问题2(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2+4H+4e-2H2O(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4e-4OH-(3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式：O2+4e-2O2-(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2+2CO2+4e-2C基础梳理考点1化学能电能电解质闭合回路负正正负负正正负考点22. (1)电化学原电池(2)2H2-4e-4H+O2+4H+4e-2H2O2H2+4OH-4e-4H2OO2+2H2O+4e-4OH-C2H5OH-12e-+16OH-2C+11H2OC2H5OH-12e-+3H2O2CO2+12H+3. (1)PbPbO2Pb(s)+S(aq)-2e-PbSO4 (s)氧化PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)+2e-PbSO4(s)+2H2O(l)还原Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)PbSO4 (s)+2e-Pb(s)+S(aq)负还原PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-PbO2(s)+4H+(aq)+S(aq)正氧化2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)趁热打铁，事半功倍。请老师布置同学们完成配套检测与评估中的练习。【课后检测】课时22原电池及其应用一、 单项选择题1. 下列装置能构成原电池产生电流的是()2. 控制合适的条件，将反应2Fe3+2I-2Fe2+I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原C. 电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D. 电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极3. 研究小组分别用锌片、铝片、Cu和稀硫酸进行原电池的相关的探究，所得部分实验数据如下，下列说法正确的是()实验电极甲电极乙ZnCuAlCuA. 实验中，甲电极反应为2H+2e-H2B. 实验中，H+向Al极定向迁移C. 两组实验溶液的pH均增大D. 实验中，电子由铜转移到铝4. (2020广州越秀区)某同学组装了下图所示的电化学装置和，下列叙述正确的是()A. 装置：铁极会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色B. 装置：电流方向由铁极铜极C. 装置：碳极上有无色气体产生D. 装置：铁极发生还原反应5. (2020邯郸模拟)瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是()A. 瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极aB. 电极b是正极，O2-由电极a流向电极bC. 电极a的反应式为CH4+4O2-8e-CO2+2H2OD. 当固体电解质中有1 mol O2-通过时，转移4 mol电子6. (2020浙江卷)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型，NiMH中的M表示储氢金属或合金，该电池在充电过程中的总反应方程式是Ni(OH)2+MNiOOH+MH。已知：6NiOOH+NH3+H2O+OH-6Ni(OH)2+N下列说法正确的是()A. NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-B. 充电过程中OH-从阳极向阴极迁移C. 充电过程中阴极的电极反应式：H2O+M+e-MH+OH-，H2O中的H被M还原D. NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液7. 镁-次氯酸盐燃料电池具有比能量高、安全方便等优点，该电池主要工作原理如右图所示，其正极反应式为ClO-+H2O+2e-Cl-+2OH-，关于该电池的叙述正确的是()A. 该电池中镁为负极，发生还原反应B. 电池工作时，OH-向正极移动C. 电池工作时，正极周围溶液的pH将不断变小D. 该电池的总反应式为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-8. (2020广州珠海区)下列叙述正确的是()A. 氢氧燃料电池中O2通入负极B. 铅蓄电池在放电时，其负极的电极反应式为Pb-2e-Pb2+C. 碱性锌锰电池在工作时，电解质中的OH-移向正极D. 在海轮外壳镶嵌锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法9. (2020新课标卷)“ZEBRA”蓄电池的结构如下图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是()A. 电池反应中有NaCl生成B. 电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C. 正极反应式为NiCl2+2e-Ni+2Cl-D. 钠离子通过钠离子导体在两电极间移动10. 右图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是()A. 生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应B. 雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C. 墨水回升时，碳电极反应式为 O2+2H2O+4e-4OH-D. 具支试管中溶液pH逐渐减小二、 非选择题11. (1) 甲醇和氧气完全燃烧的反应可以设计为燃料电池，该电池通过K2CO3溶液吸收反应生成的CO2。则负极的电极反应式为。(2) 环境友好型铝-碘电池已研制成功，已知电池总反应式为2Al(s)+3I2(s)2AlI3(s)。含I-传导有机晶体合成物作为电解质， 该电池负极的电极反应式为，充电时Al连接电源的极。(3) 甲醇可用以制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为。(4) 已知甲烷燃料电池的工作原理如右图所示。该电池工作时，a口放出的物质为，该电池正极的电极反应式为，工作一段时间后，当3.2 g甲烷完全反应生成CO2时，有 mol电子发生转移。(5) 潮湿环境中，镀锡铜即使锡层破损也能防止形成铜绿，请结合有关的原理解释其原因：。(6) 工业上在有催化剂作用下，可利用下列反应合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在碱性条件下可将合成甲醇的反应设计成原电池，则负极的电极反应式为。(7) 直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质的。电池总反应式为4NH3+3O22N2+6H2O，则负极的电极反应式为。12. (2020广东卷改编)化学实验有助于理解化学知识，形成化学观念，提高探究与创新能力，提升科学素养。(1) 能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。完成原电池的甲装置示意图(见右图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极。甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是，其原因是。(2) 根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(1)的材料中应选作阳极。13. (2020安徽卷)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。(1) 请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0 (2) 编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是。(3) 该小组对图2中0t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二。假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：。(4) 为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论： 。【课后检测答案】课时22原电池及其应用1. B【解析】A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。2. D【解析】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3+得电子变成Fe2+被还原，I-失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时，Fe3+得电子速率等于Fe2+失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3+2I-2Fe2+I2向左移动，I2被还原为I-，乙中石墨为正极，D错误。3. C【解析】实验中，甲电极反应为锌失去电子的氧化反应；在原电池中阳离子向正极移动，所以实验中，H+向Cu极定向迁移；两组实验都消耗H+，所以溶液的pH均增大；实验中，铝作负极，铜作正极，电子由铝极经导线转移到铜极。4. A【解析】装置和装置都是原电池，铁极都是负极，发生氧化反应。装置：铁极会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色；装置：电子流动方向由铁极铜极，电流方向与之相反；装置类似铁的吸氧腐蚀，没有气体产生。5