高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量转化 第21讲 化学能转化为电能——电池学案-人教版高三全册

第21讲化学能转化为电能——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。

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。

理解应用
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
(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＋Cu2＋＋2e－===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KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
(2)盐桥的组成和作用
①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：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。

理解应用
“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：2NO－3＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋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[Al(OH)4]－；镁：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－。

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。

(1)原电池工作时，正极表面一定有气泡产生(×)
(2)Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极(×)
(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(×)
(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＋(×)
(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(×)
(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(×)
判断原电池正、负极的5种方法
题组一原电池工作原理(不定项选择题)
1．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(SO2－4)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Cu2＋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(SO2－4)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>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Zn2＋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( )
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－＋3H2↑
C ．③中Fe 作负极，电极反应式为Fe －2e －===Fe 2＋
D ．④中Cu 作正极，电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －
===4OH －
答案 BD
解析 ②中Mg 不与NaOH 溶液反应，而Al 能和NaOH 溶液反应失去电子，故Al 是负极；③中Fe 在浓硝酸中钝化，Cu 和浓HNO 3反应失去电子作负极，A 、C 错；②中电池总反应为2Al ＋2NaOH ＋6H 2O===2Na[Al(OH)4]＋3H 2↑，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6H 2O ＋6e －
===6OH －
＋3H 2↑，B 正确。

3．我国科学家在太阳能光电催化—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H 2S =====光照催化剂H 2＋S
B ．能量转化方式主要为“光能→电能→化学能”
C ．a 极上发生的电极反应为Fe 3＋
－e －
===Fe 2＋
D ．a 极区需不断补充含Fe 3＋
和Fe 2＋的溶液 答案 CD
解析 该装置发生的有关反应为H 2S ＋2Fe 3＋
===2H ＋
＋S ＋2Fe 2＋
(a 极区)、2Fe 2＋
－2e －
===2Fe 3＋
(a 极)、2H ＋＋2e －===H 2(b 极)，这三个反应相加，结合反应条件得到总反应H 2S =====光照催化剂H 2＋S ，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Fe 3＋
高效捕获H 2S 得到硫和还原态Fe 2＋
，第二步是还原态Fe 2＋
在a 极表面失去电子生成氧化态Fe 3＋
，这两步反应反复循环进行，所以a 极区无需补充含Fe 3＋
和Fe 2＋
的溶液，故D 错误。

题组二 聚焦“盐桥”原电池
4．(2020·咸阳高三模拟)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－===H2↑
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
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O2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＋。

5．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．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FeCl2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，I－失去电子变成I2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不正确。

原电池的工作原理简图
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。

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Cu2＋强。

(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：_________________________________。

(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(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋
②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含盐桥②含盐桥
(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KCl 饱和溶液(×)
(2)10 mL浓度为1 mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的CuSO4溶液能加快反应速率但又不影响氢气生成量(√)
(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(×)
(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(×)
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( )
答案 D
解析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。

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：实验装置
部分实验现象a极质量减少；b极
质量增加
b极有气体产
生；c极无变化
d极溶解；c
极有气体产生
电流从a极
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＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．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；由实验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＞c。

4．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，其电极反应式为_____________________________________。

(3)盐桥中的NO－3移向________溶液。

答案(1)Cu AgNO3(2)正Ag＋＋e－===Ag
(3)Cu(NO3)2
一、一次电池
只能使用一次，不能充电复原继续使用
1．碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。

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。

电解质是KOH。

负极材料：Zn。

电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。

正极材料：Ag2O。

电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

3．锂电池
Li－SOCl2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LiAlCl4－SOCl2。

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_____________________________________________。

(2)正极的电极反应为___________________________________________________________。

答案(1)锂8Li－8e－===8Li＋
(2)3SOCl2＋8e－===2S＋SO2－3＋6Cl－
二、二次电池
放电后能充电复原继续使用
1．铅蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(1)放电时——原电池
负极反应：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)；
正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。

(2)充电时——电解池
阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；
阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)。

2．图解二次电池的充放电
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－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
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、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。

3．燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4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＋2H2O ①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ②
①＋②可得甲烷燃料电池的总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。

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O2，因电解质溶液不同，故其电极反应也会有所不同：
(1)酸性电解质：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

(2)碱性电解质：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

(3)固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－。

(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。

第三步，电池的总反应式－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H2SO4)
总反应式：____________________________________________________________________。

负极：________________________________________________________________________。

正极：________________________________________________________________________。

答案CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋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－===CO2－3＋3H2O
CH4－8e－＋10OH－===CO2－3＋7H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
总反应式：____________________________________________________________________。

负极：________________________________________________________________________。

正极：________________________________________________________________________。

答案CH4＋2O2===CO2＋2H2O
CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
(1)太阳能电池不属于原电池(√)
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池(×)
(3)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加(√)
(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长(×)
(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(×)
(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(×)
(7)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重4.8 g(√)
题组一根据图示理解化学电源的工作原理
1．Li－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 ＋
向负极移动
C ．正极的电极反应式为FeS 2＋4e －
===Fe ＋2S 2－
D ．将熔融的LiCF 3SO 3改为LiCl 的水溶液，电池性能更好 答案 C
解析 A 项，由Li 0
→Li 2S ＋1
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 ＋2H 2O===2LiOH ＋H 2↑，故不能用LiCl 的水溶液作为电解质溶液。

2．(2019·济南一模)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：CH 3COO －
＋4H 2O －8e －
===2HCO －
3＋9H ＋
答案 D
解析 根据图示：工作时，b 极上CH 3COO －
→HCO －
3，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
＋H ＋
＋2e －
―→
＋Cl －
，正极每得到2 mol 电子时，为使溶液保持电
中性，必有2 mol H ＋通过质子交换膜进入a 极溶液，同时电极反应消耗1 mol H ＋
，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CH3COO－＋4H2O－8e－===2HCO－3＋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 ℃左右，电池的反应式为2Na ＋x S===Na2S x，正极的电极反应式为______________________________________________。

M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是____________________________________________。

答案x S＋2e－===S2－x(或2Na＋＋x S＋2e－===Na2S x) 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．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。

已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH 溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2O 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OH－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OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－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Li1－x CoO2＋Li x C6===LiCoO2＋C6(x<1)。

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 x C6－x e－===x Li＋＋C6
C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g
D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－x e－===Li1－x CoO2＋x Li＋
答案 C
解析放电时，负极反应为Li x C6－x e－===x Li＋＋C6，正极反应为Li1－x CoO2＋x e－＋x Li＋
===LiCoO2，A、B正确；充电时，阴极反应为x Li＋＋C6＋x e－===Li x C6，转移1 mol e－时，石墨C6电极将增重 7 g，C项错误；充电时，阳极反应为放电时正极反应的逆反应：LiCoO2－x e－===Li1
CoO2＋x Li＋，D项正确。

－x
6．一种突破传统电池设计理念的镁－锑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( )
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，Cl－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Cl－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
答案 D
解析电极反应式如下：
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，因此此电池在常温下不能工作。

8．(2020·宝鸡联考)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4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S
D．每17 g H2S参与反应，有2 mol H＋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＋2H2O，电路中每通过4 mol电子，正极应该消耗1 mol O2，负极应该有2 mol H2S反应，但是题目中没有给定标准状况下，所以不一定是44.8 L，故C错误；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 mol H＋经质子膜进入正极区，故D错误。

9．熔融盐NaNO3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Ⅱ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－3－e－===N2O5
D．石墨Ⅱ上发生氧化反应
答案BC
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。

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(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性
负极Fe－2e－===Fe2＋
电极反应
正极2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系吸氧腐蚀更普遍
理解应用
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(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
3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极保护法——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②③④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>⑥。

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。

(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(×)
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×)
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(×)
(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(×)
(5)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√)
(6)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(×)
(7)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(√)
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( )
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4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．C是正极，O2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，O2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
取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和
K3[Fe(CN)6]的食盐水放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在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－===4OH－
D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋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( )
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢较快慢较快
主要产物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeO－2
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－===H2↑，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。

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H2SO4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( )
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀。