搜索
-1-第4课时原电池金属的腐蚀与防护[课型标签:知识课基础课]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.构成条件反应能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)电极一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)闭合回路①电解质溶液或熔融电解质②两电极直接或间接接触③两电极插入电解质溶液中3.工作原理(以锌铜原电池为例)(1)原理分析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沿导线流向Cu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。-2-②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:-3-1.(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0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol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0.01mole-时,交换膜左侧溶液有0.01molCl-参与反应生成AgCl沉淀,还有0.01molH+通过阳离子交换膜进入右侧溶液,故D项正确。-4-3.(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→bC.b电极的电极反应式为O2+2e-+2H+H2O2D.a电极上每生成1molO2,通过质子交换膜的H+为2mol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1molO2,转移4mol电子,则通过质子交换膜的H+为4mol,D项错误。知识点二常见化学电源1.一次电池负极材料:Zn电极反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2正极材料:碳棒电极反应:2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2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-总反应:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag2.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)。-5-3.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:种类酸性碱性负极反应式2H2-4e-4H+2H2+4OH--4e-4H2O正极反应式O2+4H++4e-2H2OO2+2H2O+4e-4OH-电池反应式2H2+O22H2O[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2mol电子,负极质量减轻207g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。-6-2.(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。-7-4.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0.2mol电子,锌的质量理论上减少6.5g解析:由所给的电池总反应式可知,电池工作时,每有1molZn参加反应,则会有2mol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类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜呈弱酸性或中性电极材料及反应负极Fe:Fe-2e-Fe2+正极C:2H++2e-H2↑C:O2+2H2O+4e-4OH-总反应式Fe+2H+Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2伴随反应Fe2++2OH-Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈(2)腐蚀快慢的比较方法-8-2.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)-9-A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥D.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-10-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。