2020版新高考化学一轮复习第5章化学反应与能量转化第3节化学能转化为电能——电池教学案鲁科版

第3节化学能转化为电能——电池
原电池工作原理及其应用
1．原电池的构成
(1)概念和反应本质
电化学上将这种能把化学能转化为电能的装置称为原电池。

(2)构成条件
如图是CuZn原电池，请填空：
(1)两装置的差别
①图Ⅰ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，电能效率低。

②图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，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，电能效率高。

(2)反应原理
①电子方向：从负极流出沿导线流入正极。

②电流方向：从正极沿导线流向负极。

③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。

(4)盐桥作用
①连接内电路，形成闭合回路。

②平衡电荷(盐桥中阴离子移向负极，阳离子移向正极)，使原电池不断产生电流。

3．原电池原理的应用
(1)比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

(2)加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。

例如，在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。

(3)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根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

如Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，负极用Cu，正极用Ag或C等，AgNO3为电解质溶液。

[补短板]
(1)原电池反应必须是氧化还原反应，但自行发生的氧化还原反应并不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与溶解的氧气等发生反应，如将铁与石墨相连插入食盐水中。

(2)在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，锌足量时，不影响产生H2的物质的量，但稀硫酸足量时，产生H2的物质的量要减少。

(3)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。

如在Mg－NaOH(aq)－Al原电池中Al为负极；在Cu－浓硝酸－Fe(Al)原电池中Cu为负极。

[基础判断]
(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。

( )
(2)在Mg－NaOH(aq)－Al电池中负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O。

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

( )
(4)在锌铜原电池中，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。

( )
(5)含盐桥的原电池工作时，盐桥中的阳离子向负极迁移。

( )
[答案] (1)×(2)√(3)×(4)×(5)×
[知识应用]
1．在如图所示的5个装置中，不能形成原电池的是____________ (填序号)。

③装置发生的电极反应式为_____________________________________________
_________________________________________________________________。

[答案] ②④负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑
2．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3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，其电极反应为________________________
__________________________________________________________________。

(3)盐桥中的NO－3移向________溶液。

[答案] (1)Cu AgNO3溶液(2)正Ag＋＋e－===Ag (3)Cu(NO3)2
命题点1 原电池的工作原理
1．(2019·武汉调研)下列装置为某实验小组设计的CuZn原电池，下列说法错误的是( )
甲乙
A．装置甲中电子流动方向为：Zn→电流表→Cu
B．装置乙比装置甲提供的电流更稳定
C．装置乙盐桥中可用装有琼胶的Na2CO3饱和溶液
D．若装置乙中盐桥用铁丝替代，反应原理发生改变
C [装置甲中Zn电极为负极，Cu电极为正极，电子从负极流出经导线流入正极，故电子流动方向：Zn→电流表→Cu，A项正确；装置甲中Zn与CuSO4溶液直接反应生成的Cu会附着在Zn电极上，使电池效率降低，装置乙为带有盐桥的原电池，氧化反应和还原反应在两池中分别发生，提供的电流更稳定，B项正确；装置乙盐桥中若用装有琼胶的Na2CO3饱和溶液，则CO2－3向ZnSO4溶液中迁移，ZnSO4溶液中会产生沉淀，C项错误；若装置乙中盐桥用铁丝替代，则形成两个串联的原电池，反应原理改变，D项正确。

]
2．(双选)(2019·海淀区模拟)全钒电池以惰性材料作电极，在电解质溶液中发生的原电池反应为VO＋2(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋V3＋(绿色)。

下列说法不正确的是( )
A．正极反应为VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
B．负极附近的溶液由紫色逐渐变为蓝色
C．反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为0.5 mol
D．原电池使用过程中溶液的pH逐渐增大
BC [由电池总反应VO＋2(黄色)＋V2＋(紫色)＋2H＋===VO2＋(蓝色)＋H2O＋
V3＋(绿色)可得，VO＋2为正极的活性物质，V2＋为负极的活性物质，所以左室为正极室，右室为负极室。

正极反应为VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，A项正确；负极反应为V2＋－e－===V3＋，所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，B项错误；由电极反应VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H
2O可知，反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为1 mol，C项错误；由原电池总反应可知，反应过程中
H＋被不断消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项正确。

]
3．(2019·厦门模拟)将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。

下列说法不正确的是 ( )
A．盐桥中的K＋移向FeCl3溶液
B．反应开始时，乙中石墨电极反应式为2I－－2e－===I2
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，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
D [A项，甲池中石墨电极为正极，乙池中石墨电极为负极，盐桥中阳离子向正极移动，所以K＋向FeCl3溶液迁移，正确；B项，反应开始时，乙中I－失去电子，发生氧化反应，正确；C项，当检流计读数为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，正确；D项，当加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，作为负极，而乙中石墨成为正极，错误。

]
原电池的工作原理简图
注意：①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。

②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。

命题点2 原电池原理的应用
4．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CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是
( )
A B C D
D [a中Zn与CuSO4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。

]
5．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为
E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。

则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是 ( ) A．P>M>N>E B．E>N>M>P
C．P>N>M>E D．E>P>M>N
A [由①知，金属活动性：M>N；M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P>M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N>E。

]
6．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。

(1)负极反应式：_________________________________________________。

(2)正极反应式：_________________________________________________。

(3)电池总反应方程式：___________________________________________。

(4)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
[答案
(2)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(4)①②
原电池设计的一般思路
(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。

(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。

但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液一般选择与电极材料相同的阳离子溶液。

(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。

但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。

常见化学电源的工作原理
1．一次电池
(1)碱性锌锰干电池
碱性锌锰干电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH，其电极反应如下：负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－；
总反应：Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2。

(2)银锌电池
银锌电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极反应如下：
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。

(3)锂电池
锂电池是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)中组成。

其电极反应如下：
负极：8Li－8e－===8Li＋；
正极：3SOCl2＋8e－===6Cl－＋SO2－3＋2S；
总反应：8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。

2．二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO 2(s)＋2H2SO4(aq)放电
充电
2PbSO4(s)
＋2H2O(l)
[补短板]
(1)二次电池充电时的电极连接
即正极接正极，负极接负极。

(2)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应与放电时的负极反应相反。

3．燃料电池
燃料电池中的常见燃料有氢气、烃(CH 4、C 2H 6)、烃的衍生物(甲醇、乙醇)、CO 、金属(Al 、Li 等)，燃料在电池中的负极发生反应。

以氢氧燃料电池为例
介质 酸性 碱性
负极反应式 2H 2－4e －
===4H ＋
2H 2＋4OH －
－4e －
===4H 2O 正极反应式 O 2＋4H ＋
＋4e －
===2H 2O
O 2＋2H 2O ＋4e －
===4OH －
电池总反应式
2H 2＋O 2===2H 2O
2 ②书写电极反应式时，注意介质参与的反应。

[知识应用]
1．某碱性蓄电池的总反应式为 Fe ＋Ni 2O 3＋3H 2O
放电充电
Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。

写出充、放电时电极反应式：
(1)放电时：负极：_____________________________________________， 正极：_______________________________________________________。

(2)充电时：阴极：_____________________________________________， 阳极：_______________________________________________________。

[答案] (1)Fe －2e －
＋2OH －
===Fe(OH)2 Ni 2O 3＋2e －
＋3H 2O===2Ni(OH)2＋2OH －
(2)Fe(OH)2＋2e －
===Fe ＋2OH －
2Ni(OH)2＋2OH －
－2e －
===Ni 2O 3＋3H 2O
2．以甲醇为燃料，写出下列介质中的电极反应式
(1)酸性溶液(或,含质子交换膜)⎩⎪⎨
⎪⎧
正极：___________________________，负极：___________________________；
(2)碱性溶液⎩⎪⎨
⎪⎧
正极：_______________________________，
负极：_______________________________；
(3)固体氧化物
(其中O 2－
可,以在固体介质,中自由移动)
⎩⎪⎨⎪⎧
正极：__________________________
_______________________________，负极：__________________________________________________________；
(4)熔融碳酸盐(CO 2－
3)⎩⎪⎨⎪⎧
正极(通入CO 2)：_______________________，
负极：________________________________。

[答案] (1)正极：32O 2＋6e －＋6H ＋
===3H 2O
负极：CH 3OH －6e －
＋H 2O===CO 2＋6H ＋
(2)正极：32O 2＋6e －＋3H 2O===6OH －
负极：CH 3OH －6e －
＋8OH －
===CO 2－
3＋6H 2O (3)正极：32
O 2＋6e －===3O 2－
负极：CH 3OH －6e －
＋3O 2－
===CO 2＋2H 2O (4)正极：32O 2＋6e －＋3CO 2===3CO 2－
3
负极：CH 3OH －6e －
＋3CO 2－
3===4CO 2＋2H 2O
化学电源中电极反应式书写的一般方法
(1)明确两极的反应物；
(2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物；
(3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质微粒，确定最终产物； (4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。

注意：①H ＋
在碱性环境中不存在；②O 2－
在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H ＋
，生
成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。

命题点1 一次电池与二次电池的工作原理分析
1．O2辅助的AlCO2电池工作原理如图所示。

该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

该电池多孔碳电极的反应式为6O2＋6e－===6O－2，6CO2＋6O－2===3C2O2－4＋6O2。

该装置工作时下列说法不正确的是( )
A．多孔碳电极有利于气体扩散至电极表面
B．铝电极上的电势比多孔碳电极上的高
C．反应过程中O2的作用是催化剂
D．该电池的总反应式为：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
B [多孔碳电极可以增大与气体的接触面积，有利于气体扩散至电极表面，A项正确；
铝电极为负极，多孔碳电极为正极，因此铝电极的电势比多孔碳电极的电势低，B项错误；根据多孔碳电极的反应式可知，正极总反应为6CO2＋6e－===3C2O2－4，O2不参与正极的总反应，其作用是催化剂，C项正确；铝电极为负极，负极反应为2Al－6e－===2Al3＋，正极总反应为6CO2＋6e－===3C2O2－4，则电池总反应为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3，D项正确。

] 2．(2019·济宁模拟)一种可充电钙离子电池放电时的工作原理如图所示，其中以Ca7Sn6和石墨烯为电极材料，以溶有六氟磷酸钙[Ca(PF6)2]的碳酸酯类溶剂为电解质溶液。

下列说法正确的是( )
A．放电时，石墨烯为负极
B．放电时，外电路电子由石墨烯电极流向Ca7Sn6电极
C．充电时，电解质溶液中的PF－6向石墨烯电极区迁移
D．充电时，a电极的电极反应式为Ca7Sn6－14e－===7Ca2＋＋6Sn
C [由题图中离子移动方向知，电池放电时，Ca7Sn6为负极，石墨烯为正极，A项错误；放电时，外电路电子由Ca7Sn6电极流向石墨烯电极，B项错误；电池充电时电解质溶液中的PF－6向石墨烯电极区迁移，C项正确；充电时，a电极的电极反应式为7Ca2＋＋6Sn＋14e－
===Ca7Sn6，D项错误。

]
3．(双选)(2019·陕西六校联考)摩拜单车可利用车篮处的太阳能电池板向智能锁中的
锂离子电池充电，锂离子电池反应原理为LiCoO 2＋6C 充电
放电
Li1－x CoO2＋Li x C6，装置示意图如
图所示。

下列说法错误的是( )
A．充电时，阴极质量增加，发生还原反应
B．充电时，电路中每有1 mol电子通过，则有1 mol Li＋通过聚合物电解质膜移向左侧
C．该锂离子电池放电时，化学能转化为电能
D．放电时，正极的电极反应式为LiCoO2－x e－===Li1－x CoO2＋x Li＋
BD [充电时，阴极的电极反应式为6C＋x Li＋＋x e－===Li x C6，阴极质量增加，发生还原反应，A正确；充电时，电路中每有1 mol电子通过，则有1 mol Li＋由装置左侧通过聚合物电解质膜移向右侧，B错误；该锂离子电池放电时，化学能转化为电能，C正确；放电时，正极应该是Li1－x CoO2得电子发生还原反应，D错误。

]
命题点2 应用广泛的各类燃料电池的工作原理分析
4．某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4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CO2
B．CO2－3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＋2CO2＋4e－===2CO2－3
D [电极反应式如下：
负极：CH4－8e－＋4CO2－3===5CO2＋2H2O
正极：2O2＋8e－＋4CO2===4CO2－3
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，CO2－3应移向负极，由于电解质是熔融盐，故此电池在常温下不能工作。

]
5．(2019·湖北七市联考)现有二氧化硫空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。

下列说法不正确的是( )
A．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合
B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极
C．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO2－4＋
4H＋
D．Pt2电极附近发生的反应为O2＋2e－＋2H2O===4H＋
D [二氧化硫空气质子交换膜燃料电池，吸收了空气中的二氧化硫起到了环保的作用，产物中有硫酸，而且发电，A项不符合题意；SO2失去电子生成SO2－4，失电子，为负极，在原电池中，阳离子向正极移动，H＋从Pt1(负极)向Pt2(正极)移动，B项不符合题意； SO2失去电子生成SO2－4，电解质溶液为酸性，根据得失电子守恒，负极的方程式为SO2＋2H2O－2e－===SO2－4＋4H＋，C项不符合题意；选项中的方程式O2＋2e－＋2H2O===4H＋，电荷不守恒，应该为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项符合题意。

]
6．(双选)(2019·贵阳模拟)一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。

下列关于该电池的叙述正确的是( )
A．b电极是正极
B．a电极的电极反应式：N2H4＋4OH－＋4e－===N2↑＋4H2O
C．放电时，电子从a电极经过负载流向b电极
D．电池工作时，K＋从正极移向负极
AC [燃料电池中正极上通入空气，故b电极为正极，A项正确；a电极为负极，负极上N2H4发生氧化反应：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，B项错误；放电时，电子从负极(a电极)经过负载流向正极(b电极)，C项正确；该装置交换膜为阴离子交换膜，电池工作时，OH－从正极移向负极，D项错误。

]
燃料电池电极反应式书写模板
(1)首先写出正极反应式
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固体氧化物电解质(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－===2CO2－3。

(2)根据总反应式减去正极反应式确定负极反应式。

命题点3 原电池原理在实际生活中的应用
7．FFC剑桥法可由金属氧化物直接电解制备金属单质，西北稀有金属材料研究院利用此法成功电解制备钽粉(Ta)，其原理如图所示。

下列说法正确的是
( )
A．该装置将化学能转化为电能
B．a极为电源的正极
C．Ta2O5极发生的电极反应为Ta2O5＋10e－===2Ta＋5O2－
D．石墨电极上生成22.4 L O2，则电路中通过的电子数为4×6.02×1023
C [由题给装置可知，该装置有外接电源，属于电解池，可将电能转化为化学能，A项错误；由O2－移动方向可知，Ta2O5极为阴极，则a极为电源的负极，B项错误；Ta2O5极发生还原反应，电极反应式为Ta2O5＋10e－===2Ta＋5O2－，C项正确；石墨电极发生的电极反应为2O2－－4e－===O2↑(石墨电极与生成的氧气进一步反应生成CO、CO2)，题中没有说明O2所处的温度和压强，无法计算氧气的物质的量和电路中通过的电子数，D项错误。

] 8．(2019·肇庆模拟)如图是利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能，下列说法中一定正确的是( )
A．质子透过阳离子交换膜由右向左移动
B．电子流动方向为N→Y→X→M
C．M电极反应式：(C6H10O5)n＋7n H2O－24n e－===6n CO2↑＋24n H＋
D．当M电极微生物将废水中16.2 g淀粉转化掉时，N电极产生134.4 L N2(标准状况下)
C [由题给信息可知，该装置为原电池，由图可得：电解质溶液为酸性溶液，NO发生还原反应生成N2，因为原电池中，正极上得电子发生还原反应，负极上失电子发生氧化反应，则N为正极，M为负极，质子透过阳离子交换膜由负极区移动到正极区，即由左向右移动，A错误；电子从负极(M极)流出，经外电路到X，经Y流入正极(N极)，B错误；16.2 g淀粉(即0.1 mol C6H10O5)反应，转移2.4 mol电子，因为正极(N极)反应为2NO＋4H＋＋4e－===N2＋2H2O，则N电极产生0.6 mol氮气，在标准状况下的体积为13.44 L，D错误。

] 9．(双选)(2019·厦门第一次质量检测)铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图。

若上端开口关闭，可得到强还原性的H·(氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。

下列说法错误的是( )
A．无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe－3e－===Fe3＋
B．不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋＋e－===H·
C．鼓入空气时，每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移
D．处理含有草酸(H2C2O4)的污水时，上端开口应打开并鼓入空气
AC [根据铁碳微电解装置示意图可知，Fe为原电池负极，发生氧化反应为Fe－2e－
===Fe2＋，故A错误；由题意可知上端开口关闭，可得到强还原性的H·，则不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋＋e－===H·，故B正确；鼓入空气时，正极的电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===2·OH，每生成1 mol·OH有1 mol电子发生转移，故C错误；处理含有草酸(H2C2O4)的污水时，因C2O2－4具有很强的还原性，与氧化剂作用易被氧化为CO2和H2O，则上端开口应打开并鼓入空气生成强氧化性的·OH，以氧化H2C2O4处理污水，故D正确。

]
金属的腐蚀与防护
1．金属的腐蚀
(1)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。

可表示为M－n e－===M n＋。

(2)类型
以钢铁的腐蚀为例进行分析
(1)铁锈的成分为Fe2O3·x H2O，其形成过程还涉及如下反应：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；
2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O(铁锈)＋(3－x)H2O。

(2)电解质所处环境决定金属的腐蚀方式：若电解质酸性较强，如NH4Cl、H2SO4等，则发生析氢腐蚀，相当于金属与酸构成原电池；若电解质为弱酸、中性、弱碱，则发生吸氧腐蚀，相当于金属、氧气构成燃料电池。

但对于不活泼金属如Cu只能发生吸氧腐蚀。

(3)两种腐蚀正极的现象不同：析氢腐蚀正极产生H2，气体压强变大，pH增大；吸氧腐蚀正极吸收O2，气体压强变小，pH增大。

3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—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—电解原理
a．阴极：被保护的金属设备；
b．阳极：惰性金属。

(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、电镀或表面钝化等方法。

注意：牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极，即发生氧化反应的电极在原电池中也常称为阳极。

[知识应用]
1．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] (1)析氢2H＋＋2e－===H2↑有气泡冒出
(2)吸氧O2＋4e－＋2H2O===4OH－导管内液面上升
2．为验证牺牲阳极的阴极保护法，如图所示：
(1)Fe作________极，电极反应式为________________________________
__________________________________________________________________。

(2)Zn电极反应式为_____________________________________________。

(3)Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，溶液是否有蓝色沉淀生成？_______。

(4)若将Zn改为Cu，则Fe电极附近加K3[Fe(CN)6]溶液，现象为________，此现象的离子方程式为________________________________________________
___________________________________________________________________。

[答案] (1)正或阴2H＋＋2e－===H2↑
(2)Zn－2e－===Zn2＋
(3)否
(4)溶液中生成蓝色沉淀3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓
命题点1 金属的腐蚀原理及快慢分析
1．(2019·贵阳模拟)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。

铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式：
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。

下列说法正确的是( )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀
C．铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
D [结合题图知Fe失电子，化合价升高，被氧化，A项错误；铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。

] 2．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是( )
A22
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
A [A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，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－===H2↑，故B不符合题意；C项，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；D项，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。

]
3．(2019·河北九校联考)某实验小组利用下列装置探究电解质溶液的浓度对金属腐蚀的影响：
A．装置Ⅰ中的铁片均不会发生任何腐蚀
B．铁片d上可能发生的电极反应为Fe－3e－===Fe3＋
C．利用K3[Fe(CN)6]溶液可确定装置Ⅱ中的正、负极
D．铁片a、c所处的NaCl溶液的浓度相等，二者腐蚀速率相等
C [装置Ⅰ中因为两烧杯中NaCl溶液的浓度相等，两边电势相等，所以检流计指针不发生偏转，但铁片a、b仍可发生普通的化学腐蚀，A项错误；铁片d上Fe发生反应生成Fe2＋，B项错误；装置Ⅱ中负极发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋遇K
3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，故可利用K3[Fe(CN)6]溶液确定装置Ⅱ中的正、负极，C项正确；装置Ⅱ中明显产生了电流，电化学腐蚀比化学腐蚀要快得多，故铁片a、c的腐蚀速率不同，D项错误。

] 4．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________(填序号)。

[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。

[答案] ⑤④②①③⑥
判断金属腐蚀快慢的方法
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀的快慢：电解池原理引起的腐蚀>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，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。

(浓度相同)
(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。

(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。

命题点2 金属的电化学防护及实验探究
5．(双选)(2019·辽宁名校联考)高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀，防护原理如图所示。

下列说法错误的是( )
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－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，不能防止铁帽被腐蚀
CD [通电时，锌环与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，A项正确；通电时，铁帽为阴极，发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项正确；断电时，形成原电池，锌环为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，C项错误；断电时，形成原电池，铁帽为正极，此为牺牲阳极的阴极保护法，仍能防止铁帽被腐蚀，D项错误。

]
6．(2018·北京高考)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。

①②③。