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第3讲原电池金属的腐蚀与防护【2020·备考】最新考纲：1.理解原电池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解常见化学电源的种类及其工作原理。4.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。核心素养：1.变化观念与平衡思想：认识原电池的本质是氧化还原反应，能从多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转化。2.科学精神与社会责任：通过原电池装置的应用，能对与化学有关的热点问题作出正确的价值判断，能参与有关化学问题的社会实践。考点一原电池的工作原理及其应用（频数：★★☆难度：★☆☆）电化学是化学能与热能知识的延伸，是氧化还原反应知识的应用，名师课堂导语是高考热点，对于本考点的主要考查知识点有：（1）电池的正负极的判断；（2）原电池的原理应用；（3）电极方程式的书写，特别是电极方程式的书写是高考重点，应给予关注。1.原电池的工作原理（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）原电池的构成条件一看反应：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）。二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。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。（3）工作原理装置图电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型氧化反应还原反应电子流向由片沿导线流向____片离子迁移方向阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移方程式Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuZn－2e－===Zn2＋锌片铜片Cu2＋＋2e－===Cu锌铜（4）原电池中移动方向及闭合回路形成原理图示失负正得1.原电池仍然体现的是反应过程中的能量守恒，是化学能与热能的知识延伸，是化学能与电能的转化。2.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.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H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。（2）比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作的金属比作的金属活泼。（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。负极正极1.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H2SO4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H2SO4足量时，产生H2的物质的量要减少。2.把一个氧化还原反应拆写成两个电极反应时，首先要写成离子反应，要注意通过电荷守恒与原子守恒把H＋、OH－、H2O分解到两个电极反应中。[速查速测]1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”（1）在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极（）（2）在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强（）（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）两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极（）√××××2.（教材改编题）下列装置不能形成原电池的是（）解析A、B、D项都具有①活泼性不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路；④自发进行的氧化还原反应，均能构成原电池；C项中酒精为非电解质，不能构成原电池。答案C3.（动手能力培养）某学校研究性学习小组欲以镁条、铝片为电极，以稀NaOH溶液为电解质溶液设计原电池。给你一只电流表，请你画出该原电池的示意图，并标出正负极，写出电极反应式。答案如图所示负极Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O正极2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－[A组基础知识巩固]1.（2019·聊城三中月考）课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是（）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D项，电极a为负极，电子由负极（锌片）流出。答案D2.（2018·合肥质检）用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验，下列叙述中正确的是（）甲乙丙实验装置现象a不断溶解c的质量增加a上有气泡产生A.装置甲中的b金属是原电池的负极B.装置乙中的c金属是原电池的阳极C.装置丙中的d金属是原电池的正极D.四种金属的活泼性顺序：dabc解析甲中a溶解说明a是负极，活泼性ab，A错误；原电池一般用正极或负极命名电极，B错误，由乙中现象知活泼性bc；丙中d是负极，活泼性da，C错误；综上可知D正确。答案D3.（2019·潍坊上学期统考，12）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（）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，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；a电极为负极，b电极为正极，外电路电流方向应从正极到负极，即b→a，B项错误；根据图示可知，b电极上O2得电子转化为H2O2，电极反应式为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，C项正确；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。答案C【方法技巧】判断原电池正、负极的5种方法[B组考试能力过关]4.（2017·上海化学）对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是（）A.电子流入的一极为正极B.比较不活泼的一极为正极C.电子流出的一极为负极D.发生氧化反应的一极为正极解析在原电池中正极为电子流入、性质不活泼、发生还原反应的一极，负极为电子流出、性质较活泼、发生氧化反应的一极，故D错误。答案D5.（天津理综）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，电池工作过程中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。答案C6.（新课标全国Ⅰ）银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故，根据电化学原理可进行如下处理，在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是（）A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极，Ag2S被还原生成单质银C.该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl解析本题要注意运用“电化学原理”这个关键词，由题干信息中Ag、Al、食盐溶液构成原电池的条件，Ag2S是氧化剂，作正极，发生还原反应，B项正确。C项忽视了Al2S3在水溶液中发生完全的双水解反应，正确的方程式应为2Al＋3Ag2S＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3↓＋3H2S↑。D项中黑色褪去的原因是Ag2S被还原成了Ag。答案B考点二化学电源（频数：★★★难度：★★★）化学电源知识是电化学中的难点，是我们高考热点题型新型化名师课堂导语学电源的知识源头，特别是燃料电池与充电电池更是重中之重，要熟练掌握介质对半反应的影响及充电电池四个电极的关系。1.一次电池（1）碱性锌锰干电池（图一）负极材料：Zn电极反应：正极材料：碳棒电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2（2）锌银电池（图二）负极材料：Zn电极反应：正极材料：Ag2O电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2AgZn＋2OH－－2e－===Zn（OH）22.二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）Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极的连接应符合：电池的负极与外加电源的负极相连作电解池的阴极；电池的正极与外加电源的正极相连作电解池的阳极。如下图（板书）3.燃料电池种类酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋正极反应式O2＋4H＋＋4e－==2H2O电池反应式2H2＋O2===2H2O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：2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－1.在书写燃料电池的电极反应时，要注意溶液的酸碱性，介质的酸碱性对半反应及总反应书写的影响。2.书写电极反应时应注意：“－ne－”相当正电荷，“＋ne－”相当负电荷，依据电荷守恒配平其他物质的系数。3.根据移动方向，阳离子趋向正极，在正极上参与反应，在负极上生成（如H＋）；阴离子趋向负极，在负极上参与反应，在正极上生成（如OH－、O2－、CO2－3）。[速查速测]1.（教材基础知识填空）（1）氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将（填“减小”、“增大”或“不变”，下同），溶液的pH。（2）氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将（填“减小”、“增大”或“不变”，下同），溶液的pH。答案（1）减小减小（2）减小增大2.（课后习题改编）某蓄电池反应式为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe（OH）2＋2Ni（OH）2。下列推断中正确的是（）①放电时，Fe为正极，Ni2O3为负极②充电时，阴极上的电极反应式是Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－③充电时，Ni（OH）2为阳极④蓄电池的电极必须是浸在某碱性溶液中A.①②③B.①②④C.①③④D.②③④答案D3.（思维探究题）微型燃料电池是采用甲醇（质子交换膜）取代氢作燃料设计而成的，性能良好，有望取代传统电池，说出此微型燃料电池的优点，并写出电池的负极反应。_____________________________________________________________________________________________________________________________________答案优点：①电池设计简单；②和传统充电电池比电池的能量密度高。负极反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋[A组基础知识巩固]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（）干电池示意图铅蓄电池示意图氢氧燃料电池示意图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解析干电池是一次电池，铅蓄电池是可充电电池