2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第六章第4课时　原电池　金属的腐蚀与防护

第4课时　原电池　金属的腐蚀与防护

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知识点一　原电池工作原理及应用

1.概念

原电池是把化学能转化为电能的装置。

2.构成条件

3.工作原理(以锌铜原电池为例)

(1)原理分析

(2)盐桥原电池装置

①盐桥作用:a.隔绝正负极反应物,避免直接接触,导致电流不稳定;b.通过离子的定向移动,构成闭合回路;c.平衡电极区的电荷。

②装置Ⅰ中有部分Zn与Cu2+直接反应,使电池效率降低;装置Ⅱ中使Zn与Cu2+隔离,电池效率提高,电流稳定。

[名师点拨] 原电池正负极的判断方法

4.原电池原理的应用

(1)比较金属的活动性强弱

[名师点拨] Mg、Al-NaOH(或Al、Cu—浓HNO3)电池中有反常特例。

(2)加快化学反应速率

形成了原电池使反应速率加快。例如,Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成CuZn原电池,加快反应进行。

(3)设计制作化学电源

如:根据反应2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2

设计的原电池为:

1.(2019·山东聊城月考)课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等探究原电池的组成。下列结论错误的是(　D　)

A.原电池是将化学能转化成电能的装置

B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成

C.图中电极a为铝条、电极b为锌片时,导线中会通过电流

D.图中电极a为锌片、电极b为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片

解析:电极a为负极,电子由负极(锌片)流出,D项错误。

2.(2014·福建卷)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是(　D　)

A.正极反应为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

解析:在原电池中,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,故由总反应式可知,负极反应为2Ag-2e-+2Cl-2AgCl,正极反应为Cl2+2e-2Cl-,A项错误;由于电解质溶液中含有大量Cl-,故放电时,Ag+在交换膜左侧即与Cl-反应生成AgCl沉淀,B项错误;用NaCl溶液代替盐酸,电池总反应不变,C项错误;电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液有0.01 mol Cl-参与反应生成AgCl沉淀,还有0.01 mol H+通过阳离子交换膜进入右侧溶液,故D项正确。

3.(2019·山东潍坊统考)根据光合作用原理,设计如图原电池装置。下列说法正确的是(　C　)

A.a电极为原电池的正极

B.外电路电流方向是a→b

C.b电极的电极反应式为O2+2e-+2H+H2O2

D.a电极上每生成1 mol O2,通过质子交换膜的H+为2 mol

解析:根据图示可知,H+通过质子交换膜移向b极,a电极上H2O转化为H+和O2,发生氧化反应,则a电极为原电池的负极,A项错误;外电路电流方向应从正极到负极,即b→a,B项错误;a电极上每生成1 mol O2,转移4 mol 电子,则通过质子交换膜的H+为4 mol,D项错误。

知识点二　常见化学电源

1.一次电池

2.可充电电池(二次电池)

铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)。

3.燃料电池

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:

[名师点拨] “3步骤”书写原电池电极反应式、总反应式

1.下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是(　D　)

A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏

C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g

解析:铅蓄电池工作过程中,硫酸铅是在负极上析出,该极质量应该增加而非减小,D不正确。

2.(2019·浙江学考)氢氧燃料电池构造如图所示。其电池反应方程式为2H2+O22H2O。

下列说法不正确的是(　D　)

A.多孔金属a作负极

B.多孔金属b上,O2发生还原反应

C.电池工作时,电解质溶液中OH-移向a极

D.正极的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O

解析:电解质溶液中OH-较多,氧化剂氧气在正极多孔金属b上放电的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,D项不正确。

3.有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是(　D　)

A.Ⅰ所示电池工作中,MnO2的作用是催化剂

B.Ⅱ所示电池放电过程中,硫酸浓度不断增大

C.Ⅲ所示电池工作过程中,盐桥中K+移向硫酸锌溶液

D.Ⅳ所示电池放电过程中,Ag2O是氧化剂,在电池工作过程中Ag2O被还原为Ag

解析:碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂,A项错误;铅蓄电池放电时电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4浓度减小,B项错误;原电池中阳离子向正极移动,故盐桥中K+移向硫酸铜溶液,C项错误。

4.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液,电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s),下列说法错误的是(　C　)

A.电池工作时,锌失去电子

B.电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)

C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极

D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减少6.5 g

解析:由所给的电池总反应式可知,电池工作时,每有1 mol Zn 参加反应,则会有2 mol电子从负极Zn经外电路流向正极,并在正极发生反应:2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)。

知识点三　金属的腐蚀与防护

1.金属腐蚀的“两种比较”

(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较

(2)腐蚀快慢的比较方法

2.金属电化学保护的两种方法

1.如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程,以下有关说法正确的是(　D　)

A.该金属腐蚀过程为析氢腐蚀

B.正极为C,发生的反应为氧化反应

C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀

D.正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

解析:钢铁中含有铁和碳,在潮湿的环境中构成原电池,铁作负极,碳作正极。从图中看出,空气中的氧气减少,所以发生了吸氧腐蚀,A错误;碳作正极,发生的反应为还原反应,B错误;在酸性环境下,原电池的正极发生氢离子得电子的还原反应,析出氢气,即在酸性条件下发生的是析氢腐蚀,C错误;吸氧腐蚀时,氧气在正极发生得电子的还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,D正确。

2.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁(含杂质C)在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　C　)

A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥

C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥

解析:②③④是原电池,⑤⑥是电解池,金属被腐蚀由快到慢的顺序是:电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。

3.研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是(　C　)

A.用装置①模拟研究时未见a上有气泡,说明铁没有被腐蚀

B.②中桥墩与外加电源正极连接,能确保桥墩不被腐蚀

C.③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩

D.①②③中海水均是实现化学能与电能相互转化的电解质

解析:装置①是吸氧腐蚀,a极是氧气得电子生成氢氧根离子,而铁是负极,发生氧化反应,生成亚铁离子,铁被腐蚀,A项错误;金属作电解池的阴极时被保护,而桥墩与电源正极相连,是阳极,发生氧化反应,B项错误;锌比铁活泼,锌失电子,所以③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩,C项正确;海水是混合物,既不是电解质,也不是非电解质,D项错误。

4.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　B　)

A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重

B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小

C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大

D.图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的

解析:图a中,铁棒发生化学腐蚀,靠近底端的部分与氧气接触少,腐蚀程度较轻,故A错误;图b中开关由M置于N,CuZn作正极,腐蚀速率减小,故B正确;图c中接通开关时Zn作负极,腐蚀速率增大,但氢气在Pt上析出,故C错误;干电池自放电腐蚀是因为NH4Cl水解呈酸性氧化Zn所致,故D错误。