魯科版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第6單元化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能_

第六單元2022必備知識自主預(yù)診　知識梳理1.原電池定義及本質(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)是自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。2.原電池的構(gòu)成條件 3.原電池的工作原理(以銅鋅原電池為例) 4.原電池中的三個移動方向(1)電子移動方向:從負極流出沿導(dǎo)線流入正極。(2)電流方向:從正極沿導(dǎo)線流向負極。(3)離子遷移方向:電解質(zhì)溶液中,陰離子向負極遷移,陽離子向正極遷移。溫馨提示在原電池反應(yīng)過程中,“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弱。原電池中,負極一般是活潑性較強的金屬,正極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,反應(yīng)速率加快。(3)用于金屬的防護。將需要保護的金屬制品作為原電池的正極而受到保護。如要保護一個鐵質(zhì)的輸水管道不被腐蝕,可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連,鋅塊為原電池的負極。(4)設(shè)計制作化學(xué)電源。①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)。②根據(jù)原電池的工作原理,結(jié)合兩個半反應(yīng),選擇正、負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)的一極一定是負極。(　　)(3)在鋅銅原電池中,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。(　　)(4)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極,活潑金屬一定為負極。(　　)(5)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。(　　)(6)某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag,裝置中的鹽橋內(nèi)可以是含KCl飽和溶液的瓊脂。(　　)(7)因為鐵的活潑性強于銅,所以將鐵、銅用導(dǎo)線連接后放入濃硝酸中組成原電池,必是鐵為負極、銅為正極。(　　)答案 (1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×2.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 ①④?、僦芯凭欠请娊赓|(zhì);④中未形成閉合回路關(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)用前景的儲能電池。右圖中的電池反應(yīng)為2Na+xS Na2Sx(x=5~3,難溶于熔融硫)。下列說法錯誤的是(　　)B.放電時正極反應(yīng)為xS+2Na++2e-==Na2SxC.Na和Na2Sx分別為電池的負極和正極D.該電池是以Na-β-Al2O3為隔膜的二次電池答案 C　對點演練1圖中四種電池裝置是依據(jù)原電池原理設(shè)計的,下列有關(guān)敘述錯誤的是(　　)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作負極答案 C　解析 ①中鋅、鐵為電極,較活潑的鋅為負極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),A正確;②中NH3轉(zhuǎn)化為N2,氮元素化合價升高,發(fā)生氧化反應(yīng),a電極為負極,電子由負極經(jīng)外電路流向正極,B正確;③中根據(jù)離子的移動方向,A電極為負極,電流由正極(B電極)流向負極(A電極),C錯誤;④中根據(jù)電子流向判斷出LixC6為負極,D正確。規(guī)律小結(jié) 判斷原電池正、負極的五種方法注意: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),不能認為活潑金屬電極一定為負極?？枷?　原電池電極反應(yīng)的書寫答案 C　對點演練2(1)在Fe、Cu和稀硫酸組成的原電池中,負極反應(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　　　　　　　　　,負極反應(yīng)為　　　　　　　　　。?(3)由Al、Cu與濃硝酸組成的原電池,其負極反應(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　　　　　　　　　　　　。?答案 (1)Fe-2e-==Fe2+　2H++2e-==H2↑　Fe+2H+==Fe2++H2↑(2)Fe3++e-==Fe2+　Pb-2e-==Pb2+(3)Cu-2e-==Cu2+解析 (1)Fe比Cu活潑,Fe為負極,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為負極,電極反應(yīng)為Cu-2e-==Cu2+。易錯警示原電池電極反應(yīng)書寫時的注意事項(1)負失氧、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極,如鎂、鋁和氫氧化鈉溶液組成的電池中,鋁為負極?？枷?　原電池原理的應(yīng)用【典例3】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:由此可判斷這四種金屬的活潑性順序是(　　)A.a>b>c>d　　　　B.b>c>d>aC.d>a>b>c D.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為原電池負極,b為原電池正極,金屬活潑性:a>b;由實驗②可知,b極有氣體產(chǎn)生,c極無變化,則活潑性:b>c;由實驗③可知,d極溶解,則d為原電池負極,c為正極,活潑性: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,活潑性:d>a。綜上所述可知活潑性:d>a>b>c。對點演練3依據(jù)氧化還原反應(yīng):2Ag+(aq)+Cu(s) ==Cu2+(aq)+2Ag(s)設(shè)計的原電池如圖所示(鹽橋中裝有含KNO3飽和溶液的瓊膠)。?答案 (1)Cu　AgNO3　(2)正　Ag++e-==Ag　(3)Cu(NO3)2方法點撥設(shè)計原電池的步驟拆分反應(yīng) — 將氧化還原反應(yīng)分成兩個半反應(yīng)↓ 選擇電極材料— 還原劑(一般為比較活潑金屬)為負極,活潑性比負極弱的金屬或非金屬導(dǎo)體為正極↓ 構(gòu)成閉合回路— 如果兩個半反應(yīng)分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋),則兩個容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)含有與電極材料相同元素的金屬陽離子↓ 畫出裝置圖— 結(jié)合要求及反應(yīng)特點,畫出原電池裝置圖,標(biāo)出電極材料名稱、正極和負極及電解質(zhì)溶液等必備知識自主預(yù)診　知識梳理1.一次電池Zn Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2 MnO2 2MnO2+2H2O+2e-==2MnO(OH)+2OH- Zn+2MnO2+2H2O==2MnO(OH)+Zn(OH)2 Zn Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2 Ag2O Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH- Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag 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+2H2SO4 2PbSO4+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。2H2-4e-==4H+ 2H2+4OH--4e-==4H2O O2+4H++4e-==2H2O O2+2H2O+4e-==4OH- 2H2+O2==2H2O (2)以CO為燃料氣,請分別寫出電解質(zhì)符合下列條件的正、負極的電極反應(yīng)和總反應(yīng)。O2+4e-+4H+==2H2O CO-4e-+2H2O==2CO2+4H+　 2CO+O2==2CO2 O2+4e-+2H2O==4OH- O2+4e-==2O2- 2CO-4e-+2O2-==2CO2 2CO+O2==2CO2 2CO+O2==2CO2 (3)鋁-空氣-海水電池。負極材料為鋁片,正極材料為鉑片,電解質(zhì)溶液為海水。負極反應(yīng):　。?正極反應(yīng):　。?總反應(yīng):　。?4Al-12e-==4Al3+ 3O2+12e-+6H2O==12OH-　 4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3 自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(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、可儲存時間長。(　　)(2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池。(　　)(3)鉛酸蓄電池放電時,正極與負極質(zhì)量均增加。(　　)(4)若使反應(yīng)Fe+2F ==3Fe2+以原電池方式進行,可用鋅、鐵為電極材料。(　　)(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。(　　)(6)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2-)甲醇燃料電池負極反應(yīng)為2CH3OH-12e-+6O2-==2CO2↑+4H2O。(　　)(7)堿性氫氧燃料電池中負極反應(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-+2CO2==2C 。(　　)答案 (1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)√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)知識回答: a電極為燃料電池的　　　　　(填“正極”或“負極”),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,并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜,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。該電池工作時的總反應(yīng)為Zn+2N +2MnO2== [Zn(NH3)2]2++2MnO(OH)。下列關(guān)于鋅錳干電池的說法中正確的是(　　)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.電池負極反應(yīng)為2MnO2+2N +2e-==Mn2O3+2NH3+H2OC.原電池工作時,電子從負極通過外電路流向正極D.外電路中每通過0.1 mol 電子,鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g干電池示意圖答案 C　解析普通鋅錳干電池是一次電池,不能充電復(fù)原,A項錯誤;根據(jù)原電池工作原理,負極失電子,B項錯誤;由電池總反應(yīng)可知,每通過0.1 mol 電子,消耗鋅的質(zhì)量為65 g·mol-1× =3.25 g,D項錯誤。A.電池工作時,K+向負極區(qū)移動B.Al電極發(fā)生還原反應(yīng)C.正極的電極反應(yīng)式為Mn +4H++3e-==MnO2+2H2OD.理論上電路中每通過1 mol電子,負極質(zhì)量減小9 g答案 D　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++Cu==2Fe2++Cu2+。②把總反應(yīng)按氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng),注明正、負極,并依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒及電子得失守恒配平兩個半反應(yīng):(正極)2Fe3++2e-==2Fe2+,(負極)Cu-2e-==Cu2+。(2)加減法:①寫出總反應(yīng)。如Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4。②寫出其中容易寫出的一個電極反應(yīng)(正極反應(yīng)或負極反應(yīng))。如Li-e-==Li+(負極反應(yīng))。③利用總反應(yīng)減去容易寫出的一個電極反應(yīng),得到另一個電極反應(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,溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等,為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是(　　)A.放電時,負極反應(yīng)為Zn-2e-+4OH-== [Zn(OH)4]2-B.放電時,1 mol CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2 molC.充電時,電池總反應(yīng)為 ==2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充電時,正極溶液中OH-濃度升高答案 D　解析依據(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(即原電池),負極為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兩項正確。當(dāng)充電時(即電解池),陽極反應(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項正確,D項錯誤。對點演練2(2018全國2,12)我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機溶劑作為電解液,鈉和負載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料,電池的總反應(yīng)為:3CO2+4Na 2Na2CO3+C,下列說法錯誤的是(　　)A.放電時,Cl 向負極移動B.充電時釋放CO2,放電時吸收CO2C.放電時,正極反應(yīng)為:3CO2+4e-==2C +CD.充電時,正極反應(yīng)為:Na++e-==Na答案 D　解析放電時裝置為原電池,陰離子向負極移動,A項正確;根據(jù)總反應(yīng)可知,放電時二氧化碳在正極得電子被吸收,充電時又被釋放出來,B項正確;放電時,負極上Na失電子,正極上CO2得電子,正極電極反應(yīng)為3CO2+4e-==2C +C,C項正確;充電時陰極反應(yīng)為Na++e-==Na,D項錯誤。方法技巧充電電池類題目的解答方法(1)電池放電時發(fā)生原電池反應(yīng),充電時發(fā)生電解池反應(yīng),在充電時電池的負極接電源的負極,即負極接負極后為陰極,正極接正極后為陽極。(2)充電時的陰極反應(yīng)與放電時的負極反應(yīng)、充電時的陽極反應(yīng)與放電時的正極反應(yīng)分別互為逆反應(yīng)。(3)陽極和負極都發(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,電解質(zhì)溶液中的陽離子移向正極,陰離子移向負極,電子從負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極;電池充電時,電解質(zhì)溶液中的陽離子移向陰極,陰離子移向陽極。(5)電極附近溶液的pH的變化,根據(jù)電極反應(yīng)進行分析?？枷?　燃料電池【典例3】 (2020河南濮陽模擬)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、無污染、燃料多樣、余熱利用價值高等優(yōu)點。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)該電池的說法不正確的是(　　)A.電池工作時,熔融碳酸鹽起到導(dǎo)電的作用并參與電極反應(yīng)B.負極反應(yīng)式為H2-2e-+C ==CO2+H2OC.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,外電路中流過0.2 mol電子,消耗1.6 g O2答案 C　解析根據(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極,負極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為H2-2e-+C ==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-==2C ,總反應(yīng)為2H2+O2==2H2O,故B項正確;電池工作時,熔融碳酸鹽參與了電極反應(yīng),A項正確;該電池工作時總反應(yīng)沒有消耗二氧化碳,不能減少溫室氣體的排放,C項錯誤;電池工作時,外電路中流過0.2 mol電子,消耗0.05 mol氧氣,質(zhì)量為1.6 g,D項正確。對點演練3(2020江蘇蘇州聯(lián)考)科學(xué)家設(shè)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)示意圖如下圖所示。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(yīng):O2+4H++4e-==2H2OC.電路中每通過4 mol 電子,在正極消耗44.8 L H2SD.每17 g H2S參與反應(yīng),有1 mol H+經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)答案 C　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,氧氣得電子與H+結(jié)合生成水,B項正確;從裝置圖可以看出,電池總反應(yīng)為2H2S+O2==S2+2H2O,電路中每通過4 mol電子,正極應(yīng)該消耗1 mol O2,負極應(yīng)該有2 mol H2S反應(yīng),但是題目中沒有說明是標(biāo)準(zhǔn)狀況下,所以不一定是44.8 L,故C錯誤;17 g H2S的物質(zhì)的量為0.5 mol,每0.5 mol H2S參與反應(yīng)會消耗0.25 mol O2,根據(jù)正極反應(yīng)O2+4H++4e-==2H2O可知,有1 mol H+經(jīng)質(zhì)子膜進入正極,故D正確。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。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-==2C 。(2)根據(jù)電池總反應(yīng)減去正極反應(yīng)確定負極反應(yīng)。注意要消去總反應(yīng)和正極反應(yīng)中的O2。必備知識自主預(yù)診　知識梳理1.化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較原電池　無有金屬原子電化學(xué)腐蝕 2.鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕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+2H2O==2Fe(OH)2 吸氧腐蝕 3.金屬的防護(1)電化學(xué)防護。①犧牲陽極法—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(shè)備。②陰極電保護法—電解原理a.陰極:被保護的金屬設(shè)備。b.陽極: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,負極鐵失去電子生成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。(　　)答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)×2.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(yīng)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(yīng)為　　　　　　　　　　　　　　　　　,右試管中現(xiàn)象是　。?答案 (1)析氫　2H++2e-==H2↑　有氣泡冒出(2)吸氧　O2+4e-+2H2O==4OH-　導(dǎo)管內(nèi)液面上升關(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,對焊接有著極高的要求。實驗室模擬在海水環(huán)境和河水環(huán)境下對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明了Sn的金屬活潑性強于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,可在焊點附近用鋅塊打“補丁”答案 D　解析兩圖中被腐蝕的都是Fe,說明Fe是負極,Sn為正極,則金屬活潑性Fe>Sn,A錯誤;從腐蝕程度來講,乙明顯比較嚴(yán)重,因海水中含有較多的鹽分,腐蝕速率比河水快,故乙是海水環(huán)境下的腐蝕情況,甲是河水環(huán)境下的腐蝕情況,B錯誤;鐵被腐蝕時電極反應(yīng)為Fe-2e-==Fe2+,C錯誤;金屬活潑性Zn>Fe>Sn,用鋅塊打“補丁”與鐵、錫接觸,Zn可作為負極被腐蝕,可以保護Fe、Sn,D正確。對點演練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為(　　)A.②①③④⑤⑥　　　　　　B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥答案 C　解析 ②③④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的金屬活潑性差別大于Fe和Sn的,故④中Fe被腐蝕的較快。⑤中Fe接電源正極為陽極,Cu接電源負極為陰極,加快了Fe的腐蝕。⑥中Fe接電源負極為陰極,Cu接電源正極為陽極,可防止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>⑥。規(guī)律小結(jié) 電化學(xué)腐蝕的規(guī)律(1)對同一種金屬來說,其他條件相同時腐蝕的快慢:強電解質(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,活潑性強的金屬腐蝕越快。(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說,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,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>有防護措施的腐蝕?？枷?　金屬腐蝕的防護【典例2】 (2020江蘇化學(xué),11)將金屬M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)說法正確的是(　　)A.陰極的電極反應(yīng)式為Fe-2e-==Fe2+B.金屬M的活動性比Fe的活動性弱C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快答案 C　解析題中所示裝置是通過犧牲陽極的陰極保護法保護鋼鐵設(shè)施,陽極材料M比Fe活潑,失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電子通過導(dǎo)線流向鋼鐵設(shè)施被保護的一極,陰極的電極反應(yīng)式(一般)為O2+2H2O+4e-==4OH-,A、B兩項錯誤,C項正確;海水比河水中電解質(zhì)的濃度大,鋼鐵更易腐蝕,D項錯誤。對點演練2(2018北京化學(xué),12)驗證犧牲陽極的陰極保護法,實驗如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3% NaCl溶液)。下列說法不正確的是(　　)A.對比②③,可以判定Zn保護了FeB.對比①②,K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C.驗證Zn保護Fe時不能用①的方法D.將Zn換成Cu,用①的方法可判斷Fe比Cu活潑答案 D　解析 A項,對比②③可知,沒有連接鋅的Fe附近溶液在加入K3[Fe(CN)6]溶液后產(chǎn)生了藍色沉淀,說明Zn保護了Fe,正確;B項,對比①②可知,鐵氰化鉀可能把Fe氧化為Fe2+,并進一步與Fe2+反應(yīng)生成藍色沉淀,正確;C項,①生成藍色沉淀,說明有Fe2+生成,因而不能用于驗證Zn保護Fe,正確;D項,實驗①中無論Fe為正極還是負極,Fe附近均產(chǎn)生藍色沉淀,故將Zn換成Cu,無法證明Fe比Cu活潑,錯誤。規(guī)律小結(jié) 金屬防護效果比較:外接電流法>犧牲陽極法>有一般防護條件的防腐。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建1.原電池網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建2.金屬的腐蝕與保護核心速記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)進行的氧化還原反應(yīng)。2.原電池中粒子的“移動方向”(1)外電路中電子移動方向:負極→正極。(2)外電路中電流方向:正極→負極。(3)電池內(nèi)部離子移動方向:陰離子→負極,陽離子→正極。(4)鹽橋中(含飽和KCl溶液)離子移動方向:K+→正極,Cl-→負極。核心速記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-3.判斷原電池正、負極的五種方法電極材料、電極反應(yīng)現(xiàn)象、電子移動方向、離子移動方向、得失電子。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。取材于這些知識點的試題題材廣、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)。硼化釩可用作精細陶瓷原料粉,用于生產(chǎn)耐磨及半導(dǎo)體薄膜?！镜淅?(2020全國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-== +4H2O。該電池工作時,下列說法錯誤的是(　　)A.負載通過0.04 mol電子時,有0.224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)B.正極區(qū)溶液的pH降低、負極區(qū)溶液的pH升高C.電池總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O==D.電流由復(fù)合碳電極經(jīng)負載、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電極為負極,復(fù)合碳電極為正極。正極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O==4OH-。根據(jù)電子守恒可知,當(dāng)負極通過0.04 mol電子時,正極參加反應(yīng)的氧氣為0.01 mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.224 L,A項正確;根據(jù)正、負極的電極反應(yīng)可知,負極消耗OH-,溶液的pH降低,而正極生成OH-,溶液的pH升高,B項錯誤;根據(jù)電子守恒由負極反應(yīng):VB2+16OH--11e-== +4H2O和正極反應(yīng):O2+4e-+2H2O==4OH-,可得該堿性硼化釩-空氣電池的總反應(yīng)為4VB2+11O2+20OH-+6H2O== ,C項正確;電流方向與電子的流向相反,電流方向為:復(fù)合碳電極→負載→VB2電極→KOH溶液→復(fù)合碳電極,D項正確。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”時正極、負極的判斷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)。對于較為復(fù)雜的電極反應(yīng),可以利用“總反應(yīng)-較簡單一極電極反應(yīng)=較復(fù)雜一極電極反應(yīng)”的方法解決。3.新型電池充、放電時陰極、陽極的判斷首先應(yīng)搞明白原電池放電時的正、負極。再根據(jù)電池充電時,陽極接正極、陰極接負極的原理進行分析。充電的實質(zhì)就是把放電時發(fā)生的變化再復(fù)原的過程,即充電時的電極反應(yīng)是放電時電極反應(yīng)的逆過程。4.新型電池充、放電時,電解質(zhì)溶液中離子的移動方向解題時,首先應(yīng)分清電池是放電還是充電,放電時為原電池,充電時為電解池,然后再判斷出正、負極或陰、陽極。原電池中,陽離子移向正極,陰離子移向負極;電解池中,陽離子移向陰極,陰離子移向陽極。素養(yǎng)提升1.(2019全國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,設(shè)計了采用強堿性電解質(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)。下列說法錯誤的是(　　)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.充電時陽極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-==NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時負極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-==ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)答案 D　解析三維多孔海綿狀Zn類似于活性炭,故表面積較大,可高效沉積ZnO,所沉積的ZnO分散度也高,A項正確;根據(jù)總反應(yīng)式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l) ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充電時Ni(OH)2(s)在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-==NiOOH(s)+H2O(l),B項正確;放電時Zn在負極上發(fā)生氧化反應(yīng)Zn(s)+2OH-(aq)-2e-==ZnO(s)+H2O(l),C項正確;在放電過程中,陰離子應(yīng)向負極移動,D項錯誤。2.(2019天津化學(xué),6)我國科學(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,a電極反應(yīng)為I2Br-+2e-==2I-+Br-B.放電時,溶液中離子的數(shù)目增大C.充電時,b電極每增重0.65 g, 溶液中有0.02 mol I-被氧化D.充電時,a電極接外電源負極答案 D　解析根據(jù)離子和電子的移動方向可知,a電極是正極,b電極是負極。放電時,負極電極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+,正極電極反應(yīng)為I2Br-+2e-==2I-+Br-,顯然A、B正確;充電時,b電極電極反應(yīng)為Zn2++2e-==Zn,每增重0.65 g轉(zhuǎn)移0.02 mol e-,根據(jù)以上分析,可知溶液中有0.02 mol I-被氧化,C正確;充電時,陽極接電源正極,故D錯誤。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+通過的半透膜隔開。(1)電池負極電極反應(yīng)為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;放電過程中需補充的物質(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　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?解析 (1)該裝置為原電池,負極失去電子,HCOO-中的C為+2價,反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為HC 中的+4價的C,化合價升高失去電子,則1 mol HCOO-轉(zhuǎn)化為1 mol HC 失去2 mol e-,電解質(zhì)為KOH,故可用OH-平衡電荷。正極處為Fe3+得電子生成Fe2+,Fe2+又被O2氧化生成Fe3+,此反應(yīng)為酸性條件,若為堿性條件,則生成Fe(OH)3,根據(jù)裝置中流出K2SO4溶液,K+從負極區(qū)經(jīng)半透膜移向正極區(qū),則物質(zhì)A應(yīng)為H2SO4,發(fā)生反應(yīng):4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O。(2)HCOOH被O2氧化生成HC ,根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒及質(zhì)量守恒可得反應(yīng)的離子方程式為

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