高中化学【化学能转化为电能-电池】

化学能转化为电能——电池

【目标要求】1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度认识原电池

的工作原理，能设计简单的原电池。2.体会提高燃料的燃烧效率、开发高纯清洁燃料和研制

新型电池的重要性。3.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用，了解原电池及

其常见化学电源的工作原理；能利用相关信息分析化学电源的工作原理，开发新型电池。4.

了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，能利用电化学原理解释金属腐蚀现

象，选择设计防腐措施。

考点一原电池的工作原理

r核心知识梳理

1.概念和反应本质

原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。

2.构成条件

(1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液

反应)。

(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：

①电解质溶液；

②两电极直接或间接接触；

③两电极插入电解质溶液中。

住里解应用】

在如图所示的4个装置中，不能形成原电池的是(填序号)，并指出原因

答案①④①中酒精是非电解质；④中未形成闭合回路

3.工作原理

以锌铜原电池为例

ZnS《溶液Cus4溶液

(1)反应原理

电极名称负极正极

电极材料锌片铜片

电极反应Zn-2e=Zn2++2晨^=Cu

反应类型氧化反应还原反应

电子流向由Zn片沿导线流向Cu片

盐桥中离子移向盐桥含饱和KC1溶液，K+移向至极，cr移向嵬极

(2)盐桥的组成和作用

①盐桥中装有饱和的KC1、KN03等溶液和琼胶制成的胶冻。

②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。

悭解应用】

“异常”原电池原理的深度分析

(1)铝铜浓硝酸电池

初期，活泼金属铝作负极被氧化，由于铝表面很快形成致密氧化物薄膜阻止反应继续进行，

使铝钝化，钝化铝作正极，铜被浓硝酸氧化，作负极，电极反应：

铜：Cu—2e-：^Cu2+；

+

钝化铝：2NO3+2e+4H=2NO2t+2H2O»

(2)镁铝烧碱溶液电池

镁不溶于烧碱，铝单质可溶于烧碱，铝作负极，镁作正极，电极反应，铝：2Al-6e-+4OH「

=2[AI(OH)4]；镁：6H2O+6e=3H2t+60H。

-特别提醒

原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定

作负极的思维定势。

I■辨析易错易混•正误判断」

(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生(X)

⑵Mg—A1形成的原电池，Mg一定作负极(X)

(3)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应(X)

(4)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(。)

(5)铁铜原电池中，负极反应式为Fe—3e-=Fe3+(X)

(6)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动(X)

(7)锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液，形成闭合回路，所以有电流产生(义)

-归纳总结

判断原电池正、负极的5种方法

F解题能力提升

题组一原电池工作原理(不定项选择题)

I.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述

正确的是()

A.铜电极上发生氧化反应

B.电池工作一段时间后，甲池的c(SOT)减小

C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡

答案C

解析A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Ci?+得电子发生还原反应

生成Cu,错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SOF)不

变，错误；C项，在乙池中Cu2++2e-==Cu,同时甲池中的Z*+通过阳离子交换膜进入乙

池中，由于M(Zn?+)>M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允

许阳离子和水分子通过，电解过程中ZM+通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，

阴离子是不能通过交换膜的，错误。

2.分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()

WH2SO4NaOH溶液

①②

空气

浓HNO,NaCI溶液

③④

A.①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B.②中Mg作正极，电极反应式为6H2O+6e~=6OH~+3H2t

C.③中Fe作负极，电极反应式为Fe—2e-=Fe2+

D.④中Cu作正极，电极反应式为。2+2氏0+4屋=40H

答案BD

解析②中Mg不与NaOH溶液反应，而A1能和NaOH溶液反应失去电子，故A1是负极；

③中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓HNCh反应失去电子作负极，A、C错；②中电池总反应为

2A1+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2f,负极反应式为2Al+8OH--6e-===2[Al(OH)4「,

二者相减得到正极反应式为6H2O+6e-=6OH"+3H2t,B正确。

3.我国科学家在太阳能光电催化一化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所

示。下列说法不正确的是()

A.该装置的总反应为H2S^§>H2+S

催化剂

B.能量转化方式主要为“光能一电能一化学能”

C.a极上发生的电极反应为Fe3+—e=Fe2+

D.a极区需不断补充含Fe3'和Fe?"的溶液

答案CD

解析该装置发生的有关反应为H2s+2Fe3+===2H++S+2Fe2+（a极区）、2Fe2+-2e-===2Fe3+

（a极）、2H++2e--H2（b极），这三个反应相加，结合反应条件得到总反应HaS^^Hz+S,

惟化刑

故A、C正确；该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，故B正确；a极区涉及

两步反应，第一步利用氧化态Fe3+高效捕获H2s得到硫和还原态Fe2+,第二步是还原态Fe?+

在a极表面失去电子生成氧化态Fe3+,这两步反应反复循环进行，所以a极区无需补充含Fe，’

和Fe2+的溶液，故D错误。

题组二聚焦“盐桥”原电池

4.根据下图，下列判断中正确的是（）

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-==H2t

D.烧杯b中发生的反应为2c「一2屋一口2t

答案B

解析由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则。2在Fe电极发

-

生还原反应：O2+2H2O+4e=4OH",烧杯a中［OH］增大，溶液的pH升高：烧杯b中,

Zn发生氧化反应■:Zn-2e-=Zn2+<（

2+

5.控制合适的条件，将反应2Fe3++2「2Fe+l2设计成如下图所示的原电池。下列判

断不正确的是（）

检流计

甲乙

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.检流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D.检流计读数为零后，在甲中加入FeCb固体，乙中的石墨电极为负极

答案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，广失去电子变成上被

氧化，所以A、B正确；检流计读数为零时，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；在甲中加入FeCL固体，平衡2Fe3++212Fe2++k向左移动，12

被还原为「，乙中石墨为正极，D不正确。

-归纳总结

原电池的工作原理简图

氧化还原

反应反应

注意①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。

②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。

③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。

考点二原电池原理的应用

核心知识梳理

1.比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属,正极一般是活动性较

弱的金属(或非金属)。

2.加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。

3.用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。

4.设计制作化学电源

①首先将氧化还原反应分成两个半反应。

②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。

【应用体验】

设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比C/+强。

(1)写出能说明氧化性Fe3+大于CM+的离子方程式：o

(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：

①负极:。

②正极:»

(3)在框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：

①不含盐桥②含盐桥

答案(l)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

(2)①Cu—2e=Cu2'

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

(3)

|■辨析易错易混•正误判断」

(1)某原电池反应为Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥中可以是装有含琼脂的

KC1饱和溶液(义)

(2)10mL浓度为1mol-L-1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSCU溶液能加快反应

速率但又不影响氢气生成量(J)

(3)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀(X)

(4)由于CaO+H2O==Ca(OH)2可以自发进行，且放大量热，故可以设计成原电池(X)

F解题能力提升

1.(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有()

A.与石墨棒相连

B.与铜板相连

C.埋在潮湿、疏松的土壤中

D.与锌板相连

答案D

2.(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2so4中，同时向a中滴

入少量的CuS04溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间⑺的关系，其中正确的是()

答案D

解析a中Zn与CuS04溶液反应置换出Cu,Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu

和稀H2so4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。

3.(比较金属活动性)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下:

baCda巴d

bC

实验装置

4

三:三二二二

S三三三工———一

CuSQ,溶液稀硫酸稀硫酸稀硫酸

部分实验a极质量减少；b极b极有气体产d极溶解；c电流从a极

现象质量增加生；C极无变化极有气体产生流向d极

由此可判断这四种金属的活动性顺序是()

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

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

答案C

解析把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极,

b作原电池正极，金属活动性：a>b;由实脸②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动

性：b>c：由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c;由实验

④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a»

综上所述可知活动性：d>a>b>Co

4.依据氧化还原反应：2Ag.(aq)+Cu(s)=Cu"(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为

盛有KNCh琼脂的U形管)。

请回答下列问题:

(1)电极X的材料是:电解质溶液Y是..(填化学式)。

(2)银电极为电池的.极，其电极反应式为.

(3)盐桥中的NO,移向.溶液。

答案(l)CuAgNO?(2)正Ag++e=Ag

(3)CU(NO3)2

考点三常见化学电源及工作原理

r

一、一次电池

只能使用一次，不能充电复原继续使用

1.碱性锌镒干电池

总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2o

+

道_锌粉和KOH

的混合物

-MnO?

一金属外壳

负极材料：Zn=

电极反应：Zn+2OH—2e"=Zn(OH)2<.

正极材料：碳棒。

电极反应：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH，

2.纽扣式锌银电池

总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。

金属外壳

1华负里A

浸有KOH溶液

的隔板

电解质是KOH。

负极材料：Zno

电极反应：Zn+2OH—2e-^=Zn(OH)2o

正极材料：Ag2。。

电极反应：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH\

3.锂电池

Li-SOCh电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCU-

SOCho电池的总反应可表示为8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S«

(1)负极材料为，电极反应为0

(2)正极的电极反应为o

答案⑴锂8Li-8e-=8Li+

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

二、二次电池

放电后能充电复原继续使用

放电

1.铅蓄电池总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(1)

PbOX正极)压SO,(aq)

Pb(负极)

(1)放电时——原电池

负极反应：PlXs)+SOr(aq)—2e「=PbSC)4(s)；

正极反应：PbO2(s)+4H'(aq)+SO/Giq)+2e=PbSO4(s)+2H2O(l)o

(2)充电时——电解池

阴极反应：PbSO4(s)+2e^=Pb(s)+SOr(aq)；

阳极反应：PbSCh⑸+2氏0⑴12e-=PbC)2(s)+4H*(aq)+SC)r(aq)。

2.图解二次电池的充放电

夕展电源负极同一电极

/1I

还原反应:阴极^—I充电可充电放电厂负极:氧化反应

氧化反应:阳极_电池_I＞正极:还原反应

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

外接电源正极同一电极

3.二次电池的充放电规律

(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连

以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。

(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；

同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。

三、“高效、环境友好”的燃料电池

1.氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。

种类酸性碱性

+

负极反应式2H2-4e"=4H2H2+4OH-4e~=4H2O

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

正极反应式22O2+2H2O+4e=40H^

电池总反应式2H2+O2=2H2O

备注燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用

2.燃料电池常用的燃料

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

3.燃料电池常用的电解质

①酸性电解质溶液，如H2sCh溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；

④熔融碳酸盐，如K2co3；⑤质子交换膜等。

4.燃料电池电极反应式书写的常用方法

第一步，写出电池总反应式。

燃料电池的总反应与燃料燃烧的反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反

应。

如甲烷燃料电池（电解质溶液为NaOH溶液）的反应如下：

CH4+2O2=CO2+2H2O①

C02+2NaOH=Na2CO3+H20②

①+②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2Oo

第二步，写出电池的正极反应式。

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是02,因电解质溶液不同，故其

电极反应也会有所不同：

⑴酸性电解质：O2+4FT+4e-—2H2O。

（2）碱性电解质：O2+2H2O+4e=40H»

（3）固体电解质（高温下能传导。2）：O2+4e=20-\

（4）熔融碳酸盐（如熔融K2co3）：O2+2CO2+4e=2COF，

第三步，电池的总反应式一电池的正极反应式=电池的负极反应式。

【应用体验】

以甲烷燃料电池为例，分析不同的环境下电极反应式的书写。

（1）酸性介质（如H2s0。

总反应式：。

负极：。

正极：。

答案CH4+2O2=CO2+2H2O

+

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

+

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

(2)碱性介质(如KOH)

总反应式：。

负极：。

正极：。

-

答案CH4+2O2+2OH=COr+3H2O

CH4—8e+1OOH=COr+7H2O

2O2+8e+4H2O=8OH

(3)固体电解质(高温下能传导。2一)

总反应式：.

负极：。

正极：。

答案CH4+2O2=CO2+2H2O

2-

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

2O2+8e-=4O2—

|■辨析易错易混•正误判断」

(1)太阳能电池不属于原电池(J)

(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(X)

(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(。)

(4)碱性锌镒干电池是一次电池，其中MnO?是催化剂，可使锌镒干电池的比能量高、可储存

时间长(X)

(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能(X)

(6)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H+从正极区向负极区迁移(X)

(7)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1mol电子时，负极增重4.8g(J)

r解题能力提升

题组一根据图示理解化学电源的工作原理

1.Li一FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时

的反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S。下列说法正确的是()

A.Li为电池的正极

B.电池工作时，Li卡向负极移动

C.正极的电极反应式为FeS?+4e=Fe+2S2

D.将熔融的LiCF3sO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好

答案C

0+1

解析A项，由Li-Li2s发生氧化反应，可知Li为电池负极；B项，电池工作时，阳离子（Li+）

移向正极；D项，由于2Li+2H2O===2LiOH+H2t,故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。

2.如图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是（）

A.a、b极不能使用同种电极材料

B.工作时，a极的电势低于b极的电势

C.工作一段时间之后，a极区溶液的pH增大

D.b极的电极反应式为：CH3coO+4H2O-8e=2HCO3+9H'

答案D

解析根据图示：工作时，b极上CH3coeT-HC0F,碳原子从0价升至+4价，b极是原电

池的负极，则a极是电池的正极。a、b极上发生的反应为电解质溶液的变化，电极材料可同

可异，A项错误；a极（正极）的电势高于b极（负极）的电势，B项错误；a极（正极）电极反应式

为11°4-H++2e-—*H（）-<O+Cr,正极每得到2moi电子时，为使溶液保持

电中性，必有2moiH+通过质子交换膜进入a极溶液，同时电极反应消耗1molH卡,故工作

一段时间之后，a极区溶液中H+浓度增大，pH减小，C项错误；据图中物质转化，考虑到

质量守恒和电荷守恒关系，b极（负极）反应为CH3coCF+4H2O-8e-=2HCO,+9H+,D项

正确。

3.如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320°C左右，电池的反应式为2Na

+xS^=Na2Sx，正极的电极反应式为c

M(由Na2O和AI2O3制得)的两个作用是、

-UTM

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

答案入5+2^(或2Na++xS+2e-^=Na2S.J导电和隔离钠与硫

题组二二次电池的充放电(不定项选择题)

4.银镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某银镉电池的电解质溶液为KOH

放电.

溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2。凄杳Cd(OH)2+2Ni(OH)2，有关该电池

的说法正确的是()

A.充电时阳极反应：Ni(OH)2+OH-e=NiOOH+H2O

B.充电过程是化学能转化为电能的过程

C.放电时负极附近溶液的碱性不变

D.放电时电解质溶液中的0H一向负极移动

答案AD

解析放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时

Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O,A项

正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd+2OH-

-

-2e=Cd(OH)2,Cd电极周围OK的浓度减小，C项错误；放电时OK向负极移动，D项

正确。

5.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li-KoO2+

LivC6=LiCoO2+C6(x<l)«下列关于该电池的说法不正确的是()

A.放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移

B.放电时，负极的电极反应式为Li,G—xe=xU++C6

C.充电时，若转移1mole,石墨(C6)电极将增重7xg

D.充电时，阳极的电极反应式为LiCoO?—xe--Lii-CoO2+xLi+

答案C

解析放电时，负极反应为Li.vCfi-xe=.rLi++Cs,正极反应为Li।-1COO2+xe+xLi

^=LiCoO2,A、B正确；充电时，阴极反应为xLi++C6+xe=Li.vC6,转移1mole时，石

墨C6电极将增重7g,C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：LiCoO?

+

—.re^^=Lii-vCoO2+xLi,D项正确。

6.一种突破传统电池设计理念的镁一睇液态金属储能电池工作原理如图所示，该电池所用液

体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作

一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是（）

Mg（液）电

流

熔融NaCl、KC1、MgCb方

向

Mg-Sb（液）

A.放电时，Mg（液）层的质量减小

B.放电时正极反应为：Mg2++2e==Mg

C.该电池充电时，Mg—Sb（液）层发生还原反应

D.该电池充电时，C「向中层和下层分界面处移动

答案C

解析A项，放电时，负极Mg失电子生成镁离子，则Mg（液）层的质量减小，正确；B项，

正极镁离子得电子得到Mg,则放电时正极反应为：Mg2++2e-=:Mg,正确；C项，该电池

充电时，Mg-Sb（液）层为阳极，阳极发生失电子的氧化反应，错误；D项，该电池充电时，

阴离子向阳极移动，即C「向中层和下层分界面处移动，正确。

题组三燃料电池（不定项选择题）

7.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2cCh、K2cCh为电解质、以CFh为燃料时，该电池工作原理

如图。下列说法正确的是（）

A.a为CH4,b为CO?

B.CO歹向正极移动

C.此电池在常温下也能工作

D.正极的电极反应式为O2+2CCh+4e-=2CO『

答案D

解析电极反应式如下：

负极：CH4-8e-+4COr=5CO2+2H2O

正极：2O2+8e-+4CO2=4COM

根据图示中电子的移向，可以判断a处通入甲烷，b处通入空气，COM应移向负极，由于电

解质是熔融盐，因此此电池在常温下不能工作。

8.科学家设计出质子膜H2s燃料电池，实现了利用H2s废气资源回收能量并得到单质硫。

质子膜H2s燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是（）

A.电极a为电池的负极

+

B.电极b上发生的电极反应：O2+4H+4e-=2H2O

C.电路中每通过4moi电子，在正极消耗44.8LH2s

D.每17gH2s参与反应，有2moiH+经质子膜进入正极区

答案CD

解析根据题目可知，该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通氧气的一极为正极，故

电极b为正极，电极a为负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；

从装置图可以看出，电池总反应为2H2S+O2=S2+2H2。，电路中每通过4moi电子，正极

应该消耗1mol。2,负极应该有2moiH2s反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不

一定是44.8L,故C错误；17gH2s即0.5mol&S,每0.5molH2s参与反应会消耗0.25mol

02,根据正极反应式O2+4H++4e-=2H2。，可知有1molH*经质子膜进入正极区，故D

错误。

9.熔融盐NaNCh组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨I电极反应生成一种氧化物

Y,下列有关说法正确的是（）

A.石墨I为正极，石墨H为负极

B.Y的化学式可能为N2O5

-

C.石墨I的电极反应式为NO2+NO；-e=N2O5

D.石墨H上发生氧化反应

答案BC

,练后反思■------------------------------------------------------------------------

1.解答燃料电池题目的思维模型

2.解答燃料电池题目的几个关键点

(1)要注意介质是什么？是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。

(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。

(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极

反应。

考点四金属的腐蚀与防护

「核心知更梳理

1.金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。

2.金属腐蚀的类型

(1)化学腐蚀与电化学腐蚀

类型化学腐蚀电化学腐蚀

条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触

现象无电流产生有微弱电流产生

本质金属被氧化较活泼金属被氧化

联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍

(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀

以钢铁的腐蚀为例进行分析:

类型析氢腐蚀吸氧腐蚀

条件水膜酸性较强(PHW4.3)水膜酸性很弱或呈中性

负极Fe-2e^^=Fe2+

电极反应

正极2H+2=H2tO2+2H2O+4e=4OH

总反应式Fe+2H'=Fe2++H2t

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

联系吸氧腐蚀更普遍

住里解应用】

实验探究(如图所示)

(1)若棉团浸有NH4cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为,

右试管中现象是。

(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为,

右试管中现象是____________________________________________________________________

答案⑴析氢2H*+2e=H2t有气泡冒出

(2)吸氧。2+4屋+2H2O=4OFT导管内液面上升

3.金属的防护

(1)电化学防护

①牺牲阳极保护法一原电池原理

a.负极：比被保护金属活泼的金属；

b.正极：被保护的金属设备。

②外加电流的阴极保护法一电解原理

a.阴极：被保护的金属设备；

b.阳极：惰性金属或石墨。

(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。

(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

【应用体验】

如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为。

答案⑤④②①③⑥

解析②③©均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe

和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe—Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe

接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负

极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其

中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤，④〉②〉①，③〉⑥O

■归纳总结

金属腐蚀快慢的规律

(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀〉

化学腐蚀〉有防护措施的腐蚀。

(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中,弱电解质溶液中〉非电

解质溶液中。

(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。

(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。

|■辨析易错易混•正误判断」

(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(X)

(2)A1、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(X)

(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3+(X)

(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用(X)

(5)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(V)

(6)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(X)

(7)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(J)

r解题能力提升

题组一金属腐蚀的原理及实验探究

1.炒过菜的铁锅未及时洗净（残液中含NaCl）,不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀

原理如图所示，下列说法正确的是（）

电解质溶液多孔铁锈

A.腐蚀过程中，负极是C

B.Fe失去电子经电解质溶液转移给C

C.正极的电极反应式为《OK—4e「^=2比0+。2t

D.C是正极，Ch在C表面上发生还原反应

答案D

解析A项，铁锅中含有的Fe、C,和电解质溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe易失电

子,故腐蚀过程中，负极是Fe,错误；B项，原电池中电子由负极Fe直接向正极C流动,

在电解质溶液中依靠离子的移动导电，错误；C项，该原电池中，C作正极，正极上氧气得

电子发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH,错误；D项，C是正极，Ch在

C表面上发生还原反应，正确。

2.某同学进行下列实验

操作现象

含酚歆和K,[Fe（CN）„|蓝色

的食盐水红色3®

放置一段时间后，生铁片上出

取一块打磨过的生铁片,在现如图所示“斑痕”，其边缘

其表面滴一滴含酚献和为红色，中心区域为蓝色，在

K[Fe（CN）6]的食盐水两色环交界处出现铁锈

下列说法不合理的是（）

A.生铁片发生吸氧腐蚀

B.中心区的电极反应式为Fe—2e-==Fe2'

C.边缘处的电极反应式为O2+2H2O+4e——40H-

2++

D.交界处发生的反应为4Fe+O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H

答案D

--

解析生铁片边缘处为红色，说明生成了OH，O2+2H2O+4e=4OH,生铁片发生吸氧

腐蚀，故A、C两项合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2+,Fe-2e-===Fe2+,

故B项合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化成了氢氧化铁，

故D项不合理。

3.一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是()

PH2466.5813.514

腐蚀快慢较快慢较快

主要产物Fe2+Fe?O4FezChFeO2

+

A.在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H+4e=2H2O

B.在pH<4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀

C.在pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀

D.在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓

答案A

解析pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2+2H2O+4e--4OH,故A符合题意；pH

<4溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H++2e==H2t,故B不符

合题意；pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH,

故C不符合题意；在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D

不符合题意。

'反思归纳

根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀

正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱

或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4cl溶液、稀H2s04等酸性溶液发生析氢腐蚀。

题组二金属腐蚀防护措施的设计与选择

4.港珠澳大桥设计寿命为120年，对桥体钢制构件采用了多种防腐措施，下列防腐措施错误

的是（）

A.用导线与石墨相连B.用导线与电源负极相连

C.钢制构件上焊接锌块D.表面喷涂分子涂层

答案A

解析A项，石墨、Fe和电解质溶液构成原电池，Fe作负极加速被腐蚀，错误；B项，将铁

和电源负极相连时Fe作阴极而被保护，正确；C项，为牺牲阳极保护法，正确；D项，为增

加防护层，正确。

5.利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是（）

M

1-1I乩

X、JN./铁

A.若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀

B.若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应

C.若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀

D.若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应

答案B

解析若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错

误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电

源正极作阳极被氧化，D项正确。

6.我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽

的腐蚀，防护原理如图所示•下列说法错误的是（）

锌环

'湿润的绝

।缘于表面

A.通电时，锌环是阳极，发生氧化反应

B.通电时，阴极上的电极反应为2H2O+2e--H2t+2OK

C.断电时，锌环上的电极反应为Zn2++2e==Zn

D.断电时，仍能防止铁帽被腐蚀

答案c

解析锌环与电源的正极相连，为阳极，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，作负极，电极反

应为Zn—2e-=Zn2+,C项错误。

真题演练明确考向知己知彼百战不殆

I__________________________________________

1.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

金属外壳锌粉

ZniiCu

二浸了KOH

I息鳌］溶液的隔板

、H?SO,溶液J

原电池示意图钮扣式银锌电池

甲乙

呼石墨棒

||！—:何化转、炭工.

,氯化铉、氯化锌

锌筒