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专题六化学反应与能量变化第17讲│原电池金属的腐蚀与防护第17讲原电池金属的腐蚀与防护课标考纲展示第17讲│课标考纲展示考试说明考向追踪1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。1.原电池的工作原理。原电池的工作原理的分析以及金属腐蚀的类型判断与防护是近几年高考的重点，多以选择题的形式对本知识点进行全面的考查，也会在综合题中考查电极反应式的书写或电子得失相等的守恒计算等。2.对新型化学电源的考查。近年来这一考点成为高考命题的必考点和区分点，通常是以新型(能量高的锂离子电池、绿色环保的燃料电池、可充电电池)电池，对其工作原理分析及电极方程式的书写为主考查。第17讲│考向互动探究考向互动探究►探究考向一原电池的工作原理【知识梳理】化学能电能第17讲│考向互动探究2．构成条件(1)有两个______________的电极(常见为金属或石墨)。(2)将两极插入____________中。(3)两极间构成____________。(4)能自发进行的氧化还原反应。3．工作原理(以锌铜原电池为例)活泼性不同电解质溶液闭合回路第17讲│考向互动探究图17－1第17讲│考向互动探究电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向由________沿导线流向________锌片铜片Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化反应还原反应锌片铜片第17讲│考向互动探究[问题导思]原电池内部阴、阳离子如何移动？提示：阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。第17讲│考向互动探究•【要点深化】1．原电池原理图解图17－2第17讲│考向互动探究2．原电池电极的判断和电极反应式的书写(1)正负极的判断图17－3第17讲│考向互动探究(2)电极反应式的书写①一般电极反应式的书写列物质标得失——负极发生氧化反应，正极发生还原反应看环境配守恒——电极产物在电解质溶液的环境中应稳定存在，电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、电子守恒等加以配平两式加验总式——两电极反应式相加，与总反应式对照验证②复杂电极反应式的书写复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式第17讲│考向互动探究如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O(总反应式)2O2＋8H＋＋8e－===4H2O(正极反应式)CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋(负极反应式)3．原电池原理的应用(1)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增大。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。第17讲│考向互动探究(2)比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。(3)用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等，可在其上安装或焊接锌块，使锌作原电池的负极。(4)设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法是：第17讲│考向互动探究①首先将已知的氧化还原反应拆分成为两个半反应；②根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。a．电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极，氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应。b．电解质溶液的选择第17讲│考向互动探究电解质溶液一般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(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜－锌构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。③按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：第17讲│考向互动探究原理装置图化学反应：CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu电极反应：负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu第17讲│考向互动探究【归纳总结】原电池原理的考查主要从三个方面考查：一是外电路电子的运动；二是电极上的氧化还原反应；三是溶液中离子的运动，溶液中离子运动的原因是浓度不均引起的扩散。第17讲│考向互动探究•【典例精析】例1[2011·无锡模拟]依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计原电池如图17－4所示，其中盐桥为琼脂—饱和KNO3盐桥。图17－4第17讲│考向互动探究请回答下列问题：(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是___________。(2)银电极为电池的________极，写出两电极的电极反应式：银电极：____________________________________；X电极：___________________________________________。(3)外电路中电子是从________电极流向________电极。(4)盐桥中向CuSO4溶液迁移的离子是________(填序号)。A．K＋B．NO－3C．Ag＋D．SO2－4CuAgNO3溶液正2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋CuCuB第17讲│考向互动探究[解析]由方程式可知铜的价态升高发生氧化反应，应该是原电池的负极，所以X是铜，电极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋；Ag＋→Ag价态降低，发生还原反应，电极反应式为：Ag＋＋e－===Ag；外电路的电子由铜片流向银片。盐桥中的K＋移向正极(Ag极)，NO移向负极(Cu极)。第17讲│考向互动探究[解题技巧](1)原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，如果给出一个反应方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。(2)原电池正、负极的判断，不能简单地依据金属的活泼性，要看反应的具体情况。如：①Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；②Fe、Al在浓硝酸中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。第17讲│考向互动探究变式题1[2011·安徽卷]研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgClB．每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子C．Na＋不断向“水”电池的负极移动D．AgCl是还原产物B第17讲│考向互动探究[解析]A选项应该是负极反应式；C选项钠离子应向正极移动；D选项AgCl为氧化产物。第17讲│考向互动探究变式题2已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝，电解质溶液：氯化铜溶液、硫酸铁溶液、盐酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用，请从化学角度说明原因：___________________________________________________。(2)有M、N两种金属分别与稀盐酸反应，产生氢气速率相近，请设计一个实验证明M、N两种金属的活泼性。形成原电池加速铝导线的腐蚀，容易断路用导线连接M、N，然后插入盐酸中，构成原电池，有气泡产生的一极金属较不活泼第17讲│考向互动探究(3)请运用原电池原理设计实验，证明氧化性Fe3＋＞Cu2＋。请画出实验装置图并写出电极反应式。正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极反应：Cu－2e－===Cu2＋第17讲│考向互动探究[解析](1)金属铝比铜活泼，当两者一起使用时，在潮湿的环境中形成原电池，加速铝导线的腐蚀，容易断路。(2)用实验的方法证明金属的活泼性，一看金属与酸或水反应置换出H2的难易，二看金属阳离子被还原为单质的难易，三看构成原电池后作电池的正负极。根据题意，只有构成原电池合理。(3)要证明氧化性Fe3＋＞Cu2＋，需结合化学反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，将该反应设计原电池时，负极材料选铜，正极材料选比铜活泼性弱的银或石墨，电解质溶液用硫酸铁溶液。第17讲│考向互动探究►探究考向二化学电源【知识梳理】1．一次电池(碱性锌锰电池)碱性锌锰电池的工作原理如下：第17讲│考向互动探究图17－52MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2第17讲│考向互动探究2．二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是________，正极材料是________。(1)放电时的反应①负极反应：_____________________________________；②正极反应：_______________________________________________________________________________；③Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应PbPbO2Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)第17讲│考向互动探究(2)充电时的反应①阳极反应：_________________________________________________；②阴极反应：__________________________________；③2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。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。PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)第17讲│考向互动探究酸性碱性负极反应式正极反应式电池总反应式2H2＋O2===2H2O2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－第17讲│考向互动探究[问题导思]可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？提示：可充电电池充电时的电极接法为：电池负极接电源负极，电池正极接电源正极。归纳为：正接正，负接负。第17讲│考向互动探究【要点深化】新型电池的分析思路以新型电池的研制开发为素材对原电池原理的考查是高考命题的热点题型，涉及的主要问题有：(1)正、负极的判断：发生失电子反应的电极是负极，发生得电子反应的电极是正极。(2)电子的流向和电解质溶液中离子的流向：电子流向：外电路：从负极流向正极；内电路：电解质溶液中阳离子流向正极，阴离子流向负极。(3)电极反应式的书写第17讲│考向互动探究①负极(或还原性强的物质)失去电子发生氧化反应；正极上，溶液中阳离子(或氧化性强的物质)得到电子，发生还原反应。②两电极转移电子数守恒，符合正极反应加负极反应等于电池反应的原则。③注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。如碱性氢氧燃料电池中的负极反应不能写成：2H2－4e－===4H＋，因生成的H＋会迅速与OH－反应生成H2O，所以要写成2H2＋4OH－－4e－===4H2O。第17讲│考向互动探究【典例精析】例2[2011·课标全国卷]铁镍蓄电