2013-2014版金榜化学(人教版,选修4)同步课堂配套课件:第四章 电化学基础(4课时)

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名称 2013-2014版金榜化学(人教版,选修4)同步课堂配套课件:第四章 电化学基础(4课时)
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科目 化学
更新时间 2013-10-08 10:08:19

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课件48张PPT。第一节 原 电 池1.了解原电池的工作原理。
2.能正确书写电极反应式和电池反应方程式。
3.能设计简单的原电池。 一、原电池
(1)原电池是怎样工作的?
(2)构成原电池的必要条件是什么?
1.概念
利用氧化还原反应原理将_____能转化为___能的装置。化学电2.工作原理(以铜锌原电池为例)
(1)实验现象。
①有盐桥存在时:电流表指针_____,锌片_________,铜片上
有_____________。
②取出盐桥时:电流表指针_________。偏移逐渐溶解红色物质沉积回到零点(2)实验分析。负极正极失电子得电子流出流入氧化反应还原反应Zn-2e-====Zn2+Cu2++2e-====CuZn+Cu2+====Zn2++Cu3.构成条件——“两极一液一连线”
(1)___________________________________作电极。
(2)插入___________。
(3)构成_________。 两个活泼性不同的金属或金属与非金属电解质溶液闭合回路二、原电池的设计负正正负1.将化学能转化为电能是原电池的功能。( )
分析:原电池就是利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的
装置。
2.(2012·海南高考)锌与稀硫酸反应,要加大反应速率可滴加
少量硫酸铜。( )
分析:锌与CuSO4反应置换出铜,这样Zn-Cu-稀硫酸构成原电
池,加快化学反应速率。√√3.锌铜原电池中锌作负极,发生还原反应。( )
分析:负极发生氧化反应。
4.锌铜原电池中氢离子向正极移动。( )
分析:原电池中阳离子向正极移动。
5.原电池中盐桥的作用是构成闭合回路。( )
分析:盐桥的作用有两个,其一是构成闭合回路,其二是平衡电
荷。 ×√×一、原电池的工作原理和正负极的判断
1.原电池的工作原理(1)反应类型。
负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
(2)电子的移动方向。
电子从负极流出,经导线流向正极。
(3)离子的移动方向。
阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 2.原电池正负极的判断 【拓展延伸】电化学中常用的氧化还原反应的知识
(1)氧化还原反应中各概念间的关系。(2)金属的还原性及其离子的氧化性。【特别提醒】原电池的电极材料“两注意”
(1)注意电解质溶液对电极类型的影响。
一般的,较活泼金属作负极,较不活泼的金属或导电的非金属作正极,但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池,则是较不活泼的金属作负极。例如:镁-铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极,铝为正极;但若以氢氧化钠为电解质溶液,则铝为负极,镁为正极。
(2)注意电极材料是否参与反应。
负极材料不一定参与反应,如燃料电池;负极和正极材料都参与反应,如铅蓄电池。【典例1】(2012·许昌高二检测)关
于如图所示的原电池,下列说法正
确的是( )
A.电子从锌电极通过导线流向铜电极
B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C.锌电极发生还原反应
D.铜电极上发生的电极反应为2H++2e-====H2↑【思路点拨】解答该题要注意以下三点:
(1)较活泼的金属作负极,较不活泼的金属作正极。
(2)负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
(3)电子移动方向:负极→正极;离子移动方向:阳离子→正极,阴离子→负极。【解析】选A。该原电池中,较活泼的金属——锌作负极,发生氧化反应,较不活泼的铜作正极,发生还原反应,电子由负极——锌流出,经导线流向铜电极,负极、正极反应分别为负极:Zn-2e-====Zn2+,正极:Cu2++2e-====Cu;盐桥中的阴离子向负极区域硫酸锌溶液中迁移,故A正确,B、C、D错误。【延伸探究】(1)盐桥中通常盛放什么物质,若撤去盐桥,电流计指针如何变化?
提示:盐桥中通常盛放含琼脂的氯化钾饱和溶液;其作用是平衡电荷、构成闭合回路,若撤去,则不能构成原电池,电流计指针不发生偏转。
(2)该原电池的总电池反应式如何书写?还原剂和氧化剂分别是什么?
提示:该原电池的总电池反应式是Zn+CuSO4====ZnSO4+Cu,其中还原剂是锌,氧化剂是硫酸铜。 二、原电池原理的应用
1.比较金属的活泼性强弱
例证:有两种金属a和b,用导线连接后插入到稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。根据电极反应现象判断出a是负极,b是正极,因此,金属活动性a>b。
2.加快化学反应速率
例证:实验室利用锌和稀硫酸制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。
原理:锌与置换出的铜及稀硫酸构成原电池,使产生氢气的速率加快。 3.设计原电池
例证:依据反应Zn+FeSO4====ZnSO4+Fe设计成原电池。
(1)设计原电池的思路。
①根据氧化还原反应方程式写出电极反应式;
②确定两电极材料;
③确定电解质溶液;
④构成闭合回路。(2)具体分析。【特别提醒】(1)画原电池装置图的三点提醒:
①指明原电池的正负极材料及电解质溶液。
②烧杯中用虚线代表电解质溶液,液面用实线。
③用导线将两个电极连接以构成闭合回路。
(2)若给出的是离子反应Zn+Fe2+====Zn2++Fe,则该电池的电解质可能是FeSO4、FeCl2或Fe(NO3)2。 【典例2】已知某原电池的电极反应是Fe-2e-====Fe2+,
Cu2++2e-====Cu,据此设计该原电池,并回答问题。(1)若原电池装置为上图左图:
①电极材料A是_______,B是______(写名称)。
②A电极观察到的现象是__________________。
(2)若原电池装置为上图右图:
①电极材料X是_____(填序号,下同)
a.铁 b.铜 c.石墨
②电解质Y是_____。
a.FeSO4 b.CuSO4 c.CuCl2【思路点拨】解答该题要注意以下三点:
(1)负极发生还原反应,电极材料应为铁;
(2)正极应是Cu2+被还原,电解质溶液应含Cu2+;
(3)正极材料应是比铁稳定的导体材料。【解析】结合氧化还原反应的知识可知Fe-2e-====Fe2+是负极反应,故Fe作负极,即为B;Cu2++2e-====Cu是正极反应,故A应是铜,现象是看到有红色物质析出。不含盐桥的原电池中正极材料是比负极金属活泼性差的金属或导电的非金属即可,故此时正极是铜或石墨,但负极只能是铁,电解质溶液是含不活泼金属离子的盐溶液,可为硫酸铜、氯化铜或硝酸铜。
答案:(1)①铜(或碳棒) 铁
②有红色物质析出 (2)①b、c ②b、c【延伸探究】(1)左图中电子的移动方向是怎样的?
提示:电子由负极铁(即B)经导线流向正极铜(即A)。
(2)若右图中X换为镁条,则铁电极反应如何书写?
提示:因为镁比铁活泼,此时镁条是负极,铁是正极,铁电极反应是Cu2++2e-====Cu。【方法技巧】含盐桥原电池特点及优点判断
(1)特点。
两个烧杯中液体靠盐桥连接,且电极材料与相应容器中的电解质溶液的阳离子相同。
(2)盐桥的作用。
平衡电荷、构成闭合回路,若撤去盐桥或将盐桥换成导线,则不能构成闭合回路,形不成原电池。(3)优点。
含盐桥的原电池与不含盐桥的原电池相比,效率高且电流平稳,放电时间长。【变式训练】以下四个装置中,铁溶解最快且能产生平稳电流的是( )【解析】选D。A项未构成原电池,B项构成原电池,铁溶解,C项中铁作正极,铁不溶解,D项构成原电池且含盐桥,铁溶解较快,效率高且电流平稳,放电时间长。 1.(2012·郑州高二检测)下列装置可以构成原电池的是( )【解析】选C。原电池构成的三个条件是:活泼性不同的两个电极,A错误;电解质溶液,B错误;构成闭合回路,D错误;C满足这三个条件。2.(2012·银川高二检测)用锌片、铜片和硝酸银组成的原电池,正极上发生的电极反应是( )
A.2H++2e-====H2↑
B.Zn-2e-====Zn2+
C.2H2O+O2+4e-====4OH-
D.Ag++e-====Ag
【解析】选D。锌比铜活泼,锌作负极,铜作正极,正极反应是Ag++e-====Ag。3.有关原电池的下列说法中正确的是( )
A.在外电路中电子由正极流向负极
B.在原电池中负极发生还原反应
C.阳离子向正极方向移动
D.原电池中正极一定是不活泼金属
【解析】选C。在外电路中,电子从负极流向正极;原电池中负极发生氧化反应;随着反应的进行,阳离子在正极被还原,所以电解质溶液中的阳离子向正极移动;原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差,但不一定是不活泼金属,故选C。4.(2012·大纲版全国卷)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A.①③②④ B.①③④②
C.③④②① D.③①②④
【解题指南】解答本题时应掌握电化学原理的有关知识。【解析】选B。5.一个由锌片和石墨棒作为电极的原电池如图
所示,电极反应分别是:
锌片:2Zn-4e-+4OH-====2ZnO+2H2O
石墨:2H2O+O2+4e-====4OH-
下列说法中不正确的是( )
A.电解质溶液为酸性溶液
B.锌片是负极,石墨是正极
C.电池反应为2Zn+O2====2ZnO
D.该原电池工作一段时间后石墨附近溶液的pH增大 【解析】选A。由电极反应可知Zn发生氧化反应,是原电池的负极,O2发生还原反应,石墨是正极;电解质溶液应为碱性溶液;其中随着反应的进行锌片周围pH减小,石墨周围产生OH-,pH增大;两电极反应相加得总反应式:2Zn+O2====2ZnO。 6.研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。总反应为:2Li+H2O====2LiOH+H2↑。
(1)该电池的负极是_____,负极反应式是______;
(2)正极现象是_____________________________;
(3)放电时OH-向______移动(填“正极”或“负极”)。【解析】金属锂比钢板活泼,作原电池的负极,电极反应式为
Li-e-====Li+,LiOH溶液中的阳离子有Li+和H+,由于氧化性
H+>Li+,所以正极反应是:2H++2e-====H2↑,正极产生无色
气体;在原电池的放电过程中,阳离子向正极移动,阴离子向
负极移动,所以OH-向负极移动。
答案:(1)锂 Li-e-====Li+
(2)有无色气体产生
(3)负极 含盐桥原电池的构成及分析
下图为锌铜原电池装置,请结合图示回答有关问题。【思考探究】
(1)该装置中电子移动方向如何?溶液中的SO42-浓度如何变化?
提示:该原电池中负极是锌,正极是铜,电子由Zn极流向Cu极,盐桥中的K+向正极移动,Cl-向负极移动,从而平衡电荷,溶液中的SO42-浓度不变。(2)若将Zn棒和Cu棒同时浸入CuSO4溶液,电流计的指针偏转幅度如何变化?
提示:若将Zn棒和Cu棒同时浸入CuSO4溶液,效率不高,电流计的指针偏转幅度变小,且电流在短时间内衰竭。
(3)将盐桥改为铜导线连接两种溶液,电流计指针还能偏转吗?
提示:将盐桥改为铜导线连接两种溶液,不能构成原电池的闭合回路,电流计指针不发生偏转。课件59张PPT。第二节 化学电源1.了解化学电源的种类及其工作原理,知道化学电源在生产、
生活和国防中的实际应用。
2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要作用。
3.掌握一次电池、二次电池、燃料电池的反应原理,会书写电
极反应式。一、化学电池的分类及其优劣
(1)化学电池是如何分类的?
(2)化学电源的优点有哪些?
1.化学电池的分类及特点
(1)分类。
一次电池:如_________、锌银电池、锂电池
化学电池 二次电池:如_________
燃料电池:如_____________锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池(2)特点(将不同的化学电池与其特点连线)。2.化学电池的优点
(1)能量转换效率较高,供能稳定可靠。
(2)可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。
(3)使用方便,易于维护,可在各种环境下工作。
3.判断电池优劣的主要标准
(1)比能量:单位质量或单位体积所能输出_____的多少。
(2)比功率:单位质量或单位体积所能输出_____的大小。
(3)电池的___________的长短。 电能功率可储存时间二、一次电池
(1)碱性锌锰电池的电极反应式如何写?
(2)银锌电池、锂电池各有什么特点?1.碱性锌锰电池
(1)基本构造及工作原理。Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2(2)特点。
碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好,它的比能量和可储存时间均有提高,适用于大电流和连续放电。2.锌银电池
(1)基本构造及工作原理。
(2)特点。
比能量大,电压稳定,储存时间长,适宜小电流连续放电。Zn-2e-+2OH-====Zn(OH)2Ag2O3.锂电池
(1)基本构造。
负极:___,正极:MnO2、CuO、FeS2等,电解质:非水溶剂。
(2)特点。
比能量高、电压高、工作温度宽,储存时间长。 锂三、二次电池
铅蓄电池放电和充电时的反应原理分别是怎样的?
有何优缺点?
1.铅蓄电池的构造PbO2PbH2SO4(aq)2.铅蓄电池的工作原理
放电和充电是不同条件下的正、逆反应过程
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)
(1)放电时——原电池。
负极:______________________________(_____反应)
正极:PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-====PbSO4(s)+2H2O(l)
(_____反应)
总反应:PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)====2PbSO4(s)+2H2O(l)_____
_____放电充电Pb(s)+SO42-(aq)-2e-====PbSO4(s)氧化还原(2)充电时——电解池。
阴极:______________________________(_____反应)
阳极:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-====PbO2(s)+4H+(aq)+SO42- (aq)
(_____反应)
总反应:____________________________________________。PbSO4(s)+2e-====Pb(s)+SO42-(aq)还原氧化2PbSO4(s)+2H2O(l)====Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)3.铅蓄电池的优缺点
(1)优点:可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,在生产生活中应用广泛。
(2)缺点:比能量低、笨重,废弃的电池污染环境。 四、燃料电池
燃料电池的工作原理是怎样的?燃料电池有何优点?
1.燃料电池的工作原理
(1)连续地将_____(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或
气体)和_______的化学能直接转换成电能。
(2)电极材料本身_______氧化还原反应。
(3)工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地
进行反应,生成物不断地被排除。燃料氧化剂不参与2.燃料电池的优点
(1)能量转换率高,燃料电池的能量转换率超过80%,普通燃烧过程能量转换率仅30%多。
(2)污染小。 1.(2012·江苏高考)Zn具有还原性和导电性,可作锌锰干电池
的负极材料。( )
分析:锌锰干电池中,锌为负极,失去电子,表现还原性,同时
锌有导电性。
2.废旧电池中含汞、镉、铅、镍等重金属,随意丢弃会污染环
境,应对废旧电池分类回收,集中处理。( )
分析:随意丢弃废旧电池会污染水体和土壤,并通过食物链最终
危害人类健康,因此要对废旧电池分类回收,集中处理。√√3.铅蓄电池电路中转移2 mol电子时,要消耗 1 mol 硫酸。
( )
分析:铅蓄电池的负极和正极均要消耗硫酸,故当电路中转移
2 mol电子时,要消耗 2 mol 硫酸。
4.氢氧燃料电池中负极氢气失去电子,正极氧气得到电子。
( )
分析:氢氧燃料电池中负极氢气失去电子发生氧化反应,正极
氧气得到电子发生还原反应。×√5.可充电电池中,放电时负极和充电时阴极都发生氧化反应。
( )
分析:可充电电池中,放电时负极发生氧化反应,但充电时阴极
连接电源的负极,故阴极发生还原反应。 ×一、常见的燃料电池
1.氢氧燃料电池
(1)电池的构造。(2)不同电解质时的电极反应。 2.甲烷燃料电池
用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液中,然后向两极分别通入CH4和O2,该电池的反应式:
(1)KOH溶液。
负极:CH4+10OH--8e-====CO32-+7H2O
正极:2O2+4H2O+8e-====8OH-
总反应式:CH4+2O2+2OH-====CO32-+3H2O (2)H2SO4溶液。
负极:CH4+2H2O-8e-====CO2+8H+
正极:2O2+8H++8e-====4H2O
总反应式:CH4+2O2====CO2+2H2O【拓展延伸】其他常见的燃料电池
(1)丁烷燃料电池。
一个电极通入空气,一个电极通入氧气,用掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体作电解质,晶体高温时能传导O2-。
负极:2C4H10-52e-+26O2-====8CO2+10H2O
正极:13O2+52e-====26O2-
总反应式:2C4H10+13O2====8CO2+10H2O(2)乙醇燃料电池。
用导线连接的两个铂电极插入电解质溶液,分别向两极通入乙醇和氧气。
①KOH作电解质
负极:C2H5OH+16OH--12e-====2CO32-+11H2O
正极:3O2+12e-+6H2O====12OH-
总反应式:C2H5OH+3O2+4OH-====2CO32-+5H2O
②酸作电解质
负极:C2H5OH+3H2O-12e-====2CO2+12H+
正极:3O2+12H++12e-====6H2O
总反应式:C2H5OH+3O2====2CO2+3H2O(3)熔融盐燃料电池。
一极通入CO,一极通入空气和CO2混合气体,以Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质。
负 极:2CO+2CO32--4e-====4CO2
正 极:O2+2CO2+4e-====2CO32-
总反应式:2CO+O2====2CO2 【特别提醒】(1)通常燃料电池的负极是可燃性物质失去电子,正极是氧气得电子,电极材料是惰性电极,电极本身不参与放电。
(2)书写燃料电池电极反应时要特别注意电解质溶液的酸碱性对正负极得失电子的物质的后续反应,若能反应,则应写出总的反应式。【典例1】(2012·四川高考)一种基于酸性燃料电池原理设计的
酒精检测仪,负极上的反应:CH3CH2OH-4e-+H2O====CH3COOH+4H+。
下列有关说法正确的是( )
A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动
B.若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气
C.电池反应的化学方程式为:CH3CH2OH+O2====CH3COOH+H2O
D.正极上发生的反应为:O2+4e-+2H2O====4OH-【思路点拨】解答该题要注意以下三点:
(1)燃料电池中可燃性物质在负极失电子发生氧化反应;
(2)燃料电池的正极是氧气得电子发生还原反应;
(3)酸性条件下H+参与反应。
【解析】选C。正极反应为:O2+4H++4e-====2H2O,负极反应生成
氢离子,正极上消耗氢离子,因此氢离子应该向正极移动;由正
极反应式中的比例关系可知,每转移0.4 mol电子,反应掉氧气
0.1 mol即2.24 L;将电池的正负极反应方程式相加即可得C项。【延伸探究】(1)检测室中电解质溶液的pH如何变化?
提示:变小。因为电池反应为CH3CH2OH+O2====CH3COOH+H2O,故溶液酸性增强,pH减小。
(2)若该酒精检测仪工作环境为碱性,则正极反应如何书写?
提示:正极反应为O2+4e-+2H2O====4OH-。 二、化学电源电极反应式的书写
1.根据装置书写电极反应式
(1)确定原电池的正负极及放电的物质。
首先根据题目给定的图示装置特点,结合原电池正负极的判断方法,确定原电池的正负极及放电的物质。(2)书写电极反应式。
①负极反应:
规律:活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H+(或其他氧化产物)。
特例:若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或H+能反应,则该阴离子应写入电极反应式,如铅蓄电池的负极反应是Pb+SO42--2e-====PbSO4。②正极反应:
规律:阳离子得电子生成单质或氧气得电子。
特例:若是氧气得电子,要考虑电解质溶液的情况。
中性或碱性:O2+2H2O+4e-====4OH-
酸性:O2+4H++4e-====2H2O。(3)写出电池总反应方程式。
结合电子守恒将正负极电极反应式相加即得到电池总反应方程式。2.给出电池总反应式,写电极反应式
(1)一般书写步骤为:
①列物质,标得失。②选离子,配电荷。③配个数,巧用水。④两式加,验总式。
(2)如以2H2+O2====2H2O为例,当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤:
①负极反应式的书写:
根据总反应方程式列出总式两边化合价升高的有关物质为H2,转移电子为4e-:2H2-4e-====4H+。②根据电解质溶液的酸碱性,用H+或OH-或其他离子配平,使两边电荷总数相等即得2H2+4OH--4e-====4H2O。
③利用H2O使两边的元素守恒,即得:2H2-4e-+4OH-====4H2O。
同理,正极反应式的书写如下:
O2+4e-====2O2-,
O2+2H2O+4e-====4OH-。
注意:在碱性溶液中提供H+使O2-变为OH-的是水,要写成化学式的形式。
将正、负极反应式相加,若得到总反应式,说明写法正确。3.可充电电池电极反应式的书写【特别提醒】根据给出的两个电极反应式,写总反应方程式时,首先要使两个电极反应式的得失电子相等后再将两式相加,消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意:若反应式同侧出现不能共存的离子,如H+和OH-、Pb2+和SO42-,要写成反应后的物质如H2O和PbSO4。 【典例2】铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:
Fe+Ni2O3+3H2O====Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3,负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-====Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-====Ni2O3+3H2O【思路点拨】解答本题时应注意以下三点:
(1)电池放电时为原电池,充电时为电解池;
(2)放电时的负极反应与充电时的阴极反应相反;
(3)放电时的正极反应与充电时的阳极反应相反。 【解析】选C。【方法技巧】三步法书写复杂反应的负极反应式
(1)写出可燃物及燃烧产物;
(2)标出中心元素的化合价,分析电子转移的数目;
(3)用电解质溶液中的离子平衡电荷,配平电极反应式。【变式训练】C2H5OH燃料电池中的电解质溶液是KOH溶液,写出电极反应式。
负极:_____________________________。
正极:_____________________________。【解析】C2H5OH燃烧的化学方程式是C2H5OH+3O2====2CO2+3H2O,因为电解质是KOH,故生成的CO2与KOH反应生成K2CO3,总反应为C2H5OH+3O2+4KOH====2K2CO3+5H2O。整个反应中C2H5OH是还原剂,反应中碳元素由-2价→+4价,O2作氧化剂,反应过程中转移12 mol电子,故负极反应是C2H5OH-12e-+16OH-====2CO32-+11H2O,正极反应是3O2+6H2O+12e-====12OH-。
答案:C2H5OH-12e-+16OH-====2CO32-+11H2O
3O2+6H2O+12e-====12OH-1.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( )
A.锌外壳是负极,石墨碳棒是正极材料
B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳
C.电流从锌流到碳棒上
D.在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动【解析】选A。在锌锰干电池中,锌外壳是负极,石墨碳棒是正极,在外电路中电子从锌外壳流向碳棒,电流的方向与电子的流向相反,电池内部,阳离子向正极碳棒移动,故A正确,B、C、D错误。2.废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是( )
A.为了利用电池外壳的金属材料
B.防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中的石墨电极
【解析】选B。废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染,必须进行集中处理。3.镍-镉(Ni-Cd)可充电电池,可以发生如下反应:
Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O,由此可知,该
电池的负极材料是( )
A.Cd B.NiO(OH)
C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2
【解析】选A。电池放电时属于原电池,注意给出的总电池反应
式中逆向进行时为放电过程,故负极材料是失电子的物质Cd。4.(2012·银川高二检测)科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电。该电池负极反应为( )
A.H2+2OH--2e-====2H2O
B.O2+4H++4e-====2H2O
C.H2-2e-====2H+
D.O2+2H2O+4e-====4OH-
【解析】选C。负极失去电子发生氧化反应,在酸性条件下,氢气失去电子生成H+,C正确。5.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为H2SO4,工作时的电池反应为:Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O,下列结论正确的是( )
A.Pb为正极被氧化
B.溶液的pH不断减小
C.SO42-只向PbO2处移动
D.电子由Pb极流向PbO2极【解析】选D。由铅元素化合价的变化,可以看出Pb是负极,A错误;由题给出的电极反应可以看出H2SO4不断被消耗,故pH不断增大,B错误;原电池工作时,外电路中电子由Pb极流向PbO2极;内电路中,阴离子移向Pb极,C错误、D正确。6.(2012·杭州高二检测)航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置,它可直接将化学能转化为电能。我国发射的“神舟”九号载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的,该电池以KOH溶液为电解质,其总反应的化学方程式为CH4+2O2+2OH-====CO32-+3H2O。
(1)写出正极反应式:___________________。
(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时,有_____mol电子发生转移。
(3)开始放电时,正极附近溶液pH_______(填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】以KOH溶液为电解质,正极反应为O2+2H2O+4e-====4OH-,故消耗标准状况下的5.6 L O2(即0.25 mol)时,有0.25 mol×4=1 mol电子发生转移,因正极生成OH-,故溶液的pH增大。
答案:(1)O2+2H2O+4e-====4OH-
(2)1
(3)增大燃料电池中工作原理的分析
设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是21世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池,一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气[以壬烷(C9H20)代表汽油],电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。【思考探究】
(1)该电池放电时发生的化学方程式如何书写?
提示:该电池放电时发生的化学反应就是壬烷燃烧的化学反应
C9H20+14O2====9CO2+10H2O。
(2)该电池的正极反应如何书写?负极发生什么反应?
提示:该电池的正极是氧气,得电子,电极反应是O2+4e-
====2O2-,负极失去电子发生氧化反应。(3)固体电解质里的O2-的移动方向是怎样的?
提示:原电池中阴离子O2-向负极移动。
(4)向外电路释放电子的电极为哪一极?
提示:原电池中电子由负极流出,经外电路流向正极。 课件48张PPT。第三节 电 解 池1.了解电解池的结构,理解电解原理。能够正确书写电极反应
式和总反应式。
2.了解电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜以及电冶金等电解
原理的应用。
3.掌握电解原理的有关计算。一、电解原理
(1)什么是电解和电解池?
(2)电解池的构成及工作原理是怎样的?1.两个概念——“电解”和“电解池”
(1)电解:使电流通过___________而在阴、阳两极引起_____
_________的过程。
(2)电解池:将_____转化为_______的装置。
2.电解池的四个构成条件
(1)两个_____,(2)_______________________,
(3)_________,(4)构成_________。电解质溶液氧化还原反应电能化学能电极电解质溶液或熔融电解质直流电源闭合回路3.电解池工作原理(以惰性电极电解氯化铜为例)红色物质黄绿色气体阴极阳极流入电子还原反应流出电子氧化反应Cu2++2e-===Cu2Cl--2e-===Cl2↑CuCl2 Cu+Cl2↑二、电解原理的应用
(1)电解原理有哪些应用?
(2)各种情况下的电极反应式怎样书写?
1.电解饱和食盐水——氯碱工业2Cl--2e-====Cl2↑2H++2e-====H2↑2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-2.电镀
(1)定义:电镀是应用_____原理在某些金属表面镀上一薄层其
他的金属或合金的方法。
(2)目的:使金属增强抗腐蚀能力,增加美观和表面硬度。
(3)电镀池的构成。电解镀层金属待镀的金属制品含有镀层金属离子的溶液3.电解精炼铜纯铜Cu2++2e-====Cu粗铜Cu-2e-====Cu2+CuSO4溶液4.电冶金
电解是最强有力的氧化还原手段,适用于一些活泼金属单质的
冶炼。
(1)制取金属钠。
阳极:__________________
阴极:________________
总反应式:__________________________2Cl--2e-====Cl2↑2Na++2e-====2Na2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑(2)制取金属铝。
阳极:_________________
阴极:_________________
总反应式:__________________________6O2--12e-====3O2↑4Al3++12e-====4Al2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑1.原电池放电和电解池充电互为可逆反应。( )
分析:原电池放电是将化学能转化为电能,电解池是将电能转化
为化学能,二者是一个相反的过程,但反应条件不同,且不是
同时进行的,故不属于可逆反应。
2.原电池的负极和电解池的阳极都发生氧化反应。( )
分析:原电池的负极和电解池的阳极都是失去电子发生氧化反应。×√3.电解池中阳离子向正极移动。( )
分析:电解池的两极是阴极和阳极,溶液中的阳离子向阴极移动。
4.惰性电极电解饱和食盐水时,能使酚酞溶液变红的是阳极。
( )
分析:在阴极,H+放电生成H2,OH-剩余使溶液显碱性,故阴极
能使酚酞溶液变红。××5.在铁上镀铜时,电镀液CuSO4的浓度保持不变。( )
分析:在铁上镀铜,阳极铜溶解,阴极铜析出,电镀液的浓度保
持不变。
6.电解精炼铜时,电解液的浓度保持不变。( )
分析:电解精炼铜时阳极的粗铜中含有比铜活泼的金属,当它们
失去电子时,阴极上也有铜析出,故溶液中的铜离子的浓度会
减小。 √×一、电解时电极产物的判断
1.基本思路2.离子放电顺序
(1)阴离子放电顺序。(2)阳离子放电顺序。【特别提醒】根据实验现象判断阴、阳极和电极产物
实际题目中往往不给出电解池的电源,而是给出一些实验现象,据此先判断出是何种离子放电,从而确定出电源的正负极和电解池的阴阳极,并进行有关问题的分析。
(1)滴入酚酞试剂显红色的一极(说明H+放电显碱性)是阴极,接电源的负极;
(2)滴入石蕊试剂显红色的一极(说明OH-放电显酸性)是阳极,接电源的正极;
(3)电极增重的一极(说明不活泼金属离子放电析出金属)是阴极,接电源的负极。【典例1】(2012·运城高二检测)如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是( )
A.x是正极,y是负极
B.a极产生氢气,b极生成I2
C.a极和Pt电极都有气泡产生
D.U形管中溶液的碱性增强【思路点拨】解答该题要注意以下三点:
(1)淀粉遇碘变蓝→b极生成I2;
(2)与电源正极相连的是电解池的阳极;
(3)石墨、铂电极是惰性电极。【解析】选A。淀粉遇碘变蓝→b极生成I2,即确定b极发生反应
2I--2e-====I2,则b极是阳极,x是负极,y是正极,a极H+放
电,发生反应2H++2e-====H2↑,产生氢气,U形管中总反应式
为2KI+2H2O 2KOH+H2↑+I2,溶液的碱性增强,故A错
误,B、D正确;石墨为阴极,铂为阳极,电极反应分别是Cu2+
+2e-====Cu,4OH--4e-====2H2O+O2↑,C正确。【延伸探究】(1)烧杯中溶液的pH怎样变化?
提示:惰性电极电解硫酸铜的总反应式是2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,故烧杯中溶液的pH减小。
(2)不考虑碘的反应,若将烧杯和U形管中的两溶液混合,溶液
酸碱性如何?
提示:根据整个电路中转移电子的量守恒,得出两溶液分别生
成的H+和OH-的量相等,故两溶液混合后溶液呈中性。【变式训练】用惰性电极电解Cu(NO3)2、NaCl的混合液,最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是( )
A.H2和Cl2 B.Cu和Cl2
C.H2和O2 D.Cu和O2
【解析】选B。由题意知,溶液中存在H+、Cu2+、Na+、NO3-、Cl-、OH-,根据离子的放电顺序:阳离子:Cu2+>H+>Na+,阴离子:Cl->OH->NO3-,则阴极:Cu2++2e-====Cu,阳极:2Cl--2e-====Cl2↑,故选B。 二、以惰性电极电解电解质溶液的规律【拓展延伸】电解池中的有关计算
(1)计算类型。
电解池中的有关计算主要包括:①根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等),②溶液的pH,③相对原子质量,④某元素的化合价,⑤化学式。
(2)解题依据:得失电子守恒。(3)解题方法。
①根据守恒法计算:用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
②根据总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式计算。
③根据关系式计算:根据得失电子守恒关系,在已知量与未知量之间,建立计算所需的关系式。【特别提醒】电解后使电解质溶液恢复原状态的原则是“少什
么加什么”。如惰性电极电解足量硫酸铜溶液:2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,脱离溶液的是2 mol Cu和1 mol O2,
故相当于2 mol CuO,故恢复原状态应加入2 mol CuO,也可以
是2 mol CuCO3,但不能是2 mol Cu(OH)2,因为这样会加入
2 mol H2O,使得浓度偏小。【典例2】(2012·济宁高二检测)用石墨棒作电极,在Na+、Cu2+、Cl-、SO42-等离子中选出适当离子组成电解质,电解其溶液,写出符合条件的一种电解质的化学式:
(1)当阴极放出H2,阳极放出O2时,电解质是_________;
(2)当阴极析出金属,阳极放出O2时,电解质是_______;
(3)当阴极放出H2,阳极放出Cl2时,电解质是__________;
(4)通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4:2:1时,电解质的化学式是____。 【思路点拨】解答该题要注意以下三点:
(1)阴极放H2生成碱;
(2)阳极放O2生成酸;
(3)电解时生成1 mol O2转移4 mol电子。
【解析】惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。再根据阴阳离子在电极的放电顺序判断。
(1)阴极有H2生成,阳极有O2生成,实质为电解水,故电解质是活泼金属的含氧酸盐,即Na2SO4。(2)实质为放氧气生酸型,即电解质为不活泼金属的含氧酸盐,即CuSO4。
(3)实质为放氢气生碱型(或电解盐酸,此处无H+不合理),即电解质为活泼金属的无氧酸盐,即NaCl。
(4)由阳极生成气体和转移电子的量为1∶4,知阳极产生气体为O2,1 mol O2转移4 mol e-,金属与电子的量为1∶2,故金属为+2价,即Cu2+,即为CuSO4。
答案:(1)Na2SO4 (2)CuSO4 (3)NaCl (4)CuSO4【延伸探究】(1)该题第(1)题中,溶液的pH如何变化?若恢复原状态,应加入什么物质?
提示:结合例题分析可知,电解Na2SO4实质是电解水,且硫酸钠是强酸强碱盐,故溶液的pH不变,若恢复原状态应加入适量水。(2)该题第(3)题中,若电解后溶液的体积是0.2 L,且转移电子
是0.2 mol,则溶液的pH是多少?
提示:因电解总反应式是2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+
2NaOH,该过程转移电子数是2 mol。故转移电子数是0.2 mol
时,生成NaOH 0.2 mol,故c(OH-)=0.1 mol·L-1,则pH=13。【方法技巧】分析电解反应的一般方法(惰性电极)
(1)分析电解质溶液的组成,找出阴阳离子;
(2)分别对阴阳离子的放电顺序进行排列,确定放电的离子并写出电极反应式;
(3)根据电子守恒合并两个电极反应式,得出总反应式。 【变式训练】工业上电解熔融NaCl与电解食盐水的总反应式分
别是_____,_____,都能直接得到的物质是______。
【解析】工业上电解熔融NaCl与电解食盐水的总反应式分别是
2NaCl(熔融) Cl2↑+2Na,2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑
+2NaOH,都能直接得到的物质是Cl2。
答案:2NaCl(熔融) Cl2↑+2Na
2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH Cl2 1.(2012·嘉兴高二检测)下列叙述中,正确的是( )
①电解池是将化学能转变成电能的装置 ②原电池是将电能转变成化学能的装置 ③金属和石墨导电均为物理变化,电解质溶液导电是化学变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理有可能实现 ⑤电镀过程相当于金属的“迁移”,可视为物理变化
A.①②③④ B.③④ C.③④⑤ D.④【解析】选B。电解池是将电能转变成化学能的装置,原电池是将化学能转变成电能的装置,①、②错误;金属和石墨导电均为物理变化,电解质溶液导电是化学变化,电镀过程相当于金属的“迁移”,但为化学变化,③正确,⑤错误;不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理有可能实现,④正确,故选B。2.电解池中,阳极的电极材料一定( )
A.发生氧化反应 B.与电源正极相连
C.是铂电极 D.得电子
【解析】选B。阳极材料若为活泼金属将直接失去电子发生氧化反应,若为惰性材料,则电极材料不发生反应;阳极的电极材料一定与电源的正极相连,故选B。3.在铁制品上镀一定厚度的锌层,以下设计方案正确的是( )
A.锌作阳极,铁制品作阴极,溶液中含有锌离子
B.锌作阴极,铁制品作阳极,溶液中含有锌离子
C.锌作阳极,铁制品作阴极,溶液中含有亚铁离子
D.锌作阴极,铁制品作阳极,溶液中含有亚铁离子
【解析】选A。据电镀的特点知在铁制品上镀一定厚度的锌层,正确的做法是锌作阳极,铁制品作阴极,溶液中含有锌离子,A正确。 4.(2012·海南高考)下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
【解析】选C。考查基本电解原理。电解时只生成氧气和氢气,则电解质所含阳离子在金属活动性顺序表中位于铜之前,阴离子不是简单离子。5.用惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液,下列说法中不正确的是( )
A.阴极发生的电极反应为Cu2++2e-====Cu
B.阳极发生的电极反应为4OH--4e―====2H2O+O2↑
C.若有6.4 g金属Cu析出,放出的O2为0.05 mol
D.恰好电解完时,加入一定量的Cu(NO3)2溶液可恢复到原来的浓度【解析】选D。惰性电极电解足量的Cu(NO3)2溶液,阴极发生的电极反应为Cu2++2e-====Cu,阳极发生的电极反应为4OH--4e―====2H2O+O2↑,若有6.4 g金属Cu(即0.1 mol)析出,转移电子是0.2 mol,放出的O2为0.2 mol÷4=0.05 mol,恰好电解完时,应加入一定量的CuO溶液可恢复到原来的浓度,A、B、C正确,D错误。6.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如图所示。
(1)左端电极接电源的____极;
(2)溶液A的溶质是________;
(3)电解饱和食盐水的离子方程式是__________。【解析】(1)电解饱和食盐水时的两极反应分别为:阳极(左
端,接电源的正极):2Cl--2e-====Cl2↑,阴极:2H++2e-====
H2↑。
(2)阳极产生Cl2,阴极产生H2,同时水的电离H2O H++OH-
由于H+浓度减小而得到促进,产生OH-,因此溶液A为NaOH溶液。
(3)电解饱和食盐水时的离子方程式:
2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-。
答案:(1)正 (2)NaOH
(3)2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH- 原电池和电解池复杂电路图的分析
如图装置闭合电键K时,电流计G的指针将发生偏转。【思考探究】
(1) 丙池是什么装置?甲中a极、丙中c极电极名称分别是什么?
提示:据图可知,甲和乙构成铜锌原电池,a是负极,b是正极,丙是电解池,c极是阳极。(2)乙中Cu极的电极反应式如何书写?若电路中有0.02 mol电子
通过,则Cu极增加的质量为多少克?
提示:乙中Cu极是正极,发生的电极反应是Cu2++2e-====Cu,电
路中有0.02 mol电子通过时,析出的铜是0.02 mol÷2×
64 g·mol-1=0.64 g。
(3)闭合电键K一段时间后,丙池中生成两种气体和一种碱,它们
分别是什么?
提示:丙池中总反应是2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH,
故两种气体和一种碱分别是氢气、氯气和氢氧化钠。 课件42张PPT。第四节 金属的电化学腐蚀与防护1.了解金属腐蚀及其危害。
2.了解金属电化学腐蚀的原因及反应原理。
3.了解金属防护的方法,特别是电化学防护的方法。一、金属的电化学腐蚀
(1)什么是金属的腐蚀?它有哪些类型?
(2)什么是电化学腐蚀?电化学腐蚀又有哪些类型?
1.金属的腐蚀
(1)概念。
金属腐蚀是指金属与周围的气体或液体物质发生_________反应
而引起损耗的现象。氧化还原(2)本质。
金属腐蚀的本质是金属失去电子变成阳离子,发生_________。
(3)分类。
①化学腐蚀
金属直接发生化学反应而引起的腐蚀,条件是接触到a.干燥气
体,如_____、_____、_________等,b.非电解质液体,如_____。
②电化学腐蚀
不纯的金属发生_______反应而引起的腐蚀,条件是接触到___
_________。 氧化反应氧气氯气二氧化硫石油原电池电解质溶液2.电化学腐蚀
(1)析氢腐蚀。
形成条件:金属表面水膜_____较强。
电极反应:
负极:______________
正极:_______________
总反应式:__________________酸性Fe-2e-====Fe2+2H++2e-====H2↑Fe+2H+====H2↑+Fe2+(2)吸氧腐蚀。
形成条件:水膜酸性较弱或呈中性。
电极反应:
负极:______________
正极:__________________
总反应式:_______________________,
____________________________,
_______________________________Fe-2e-====Fe2+2H2O+O2+4e-====4OH-2Fe+O2+2H2O====2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)32Fe(OH)3====Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O二、金属的电化学防护
怎样用电化学原理防止金属的腐蚀?
(将钢闸门与金属的防护类型连线)电解池原电池1.金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程。( )
分析:金属失去电子是被氧化。
2.电化学腐蚀比化学腐蚀普遍,吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普
遍。( )
分析:金属的化学腐蚀和电化学腐蚀同时存在,但电化学腐蚀
更普遍;吸氧腐蚀和析氢腐蚀与电解质溶液的酸性有关,但酸
性较强的环境不多,所以吸氧腐蚀更普遍。×√3. 吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe-3e-====Fe3+。
( )
分析:铁的电化学腐蚀过程中,Fe只能被氧化成Fe2+。
4.(2012·广东高考)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致。
( )
分析:铁与碳、潮湿空气组成原电池,铁发生电化学腐蚀。
5.(2012·江苏高考)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前
更容易生锈。( )
分析:铁比铜活泼,组成的原电池中铁为负极,更易被氧化。 ×√√一、金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别【拓展延伸】判断金属腐蚀快慢的规律
1.电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
2.活泼性不同的两金属,活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越快。
3.对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。【特别提醒】铁锈的形成过程
铁发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀时负极反应式均是Fe-2e-====Fe2+,
继而发生反应Fe2++2OH-====Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2
====4Fe(OH)3,2Fe(OH)3====Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O。且铁锈
结构疏松,更容易吸收空气中的水分使铁表面潮解,使得铁更
容易被腐蚀。【典例1】(2012·银川高二检测)如图
装置中,小试管内为红墨水,具支试管
内盛有pH=5的雨水和生铁片。观察到开
始时导管内液面下降,一段时间后导管
内液面回升,略高于小试管液面。以下
有关解释合理的是( )
A.生铁片中的碳是原电池的阳极,发生还原反应
B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀
C.红墨水回升时,碳极反应式:O2+2H2O+4e-====4OH-
D.具支试管中溶液pH逐渐减小【思路点拨】解答该题要注意以下三点:
(1)生铁与其中的碳及电解质溶液构成原电池;
(2)开始酸性较强发生析氢腐蚀;
(3)导管内液面回升说明发生吸氧腐蚀。【解析】选C。生铁与其中的碳及电解质溶液构成原电池,负极是铁,铁失去电子发生氧化反应,碳是正极,正极发生还原反应:开始时,因酸性较强发生析氢腐蚀,一段时间后导管内液面回升且略高于小试管液面,说明具支试管中气体压强减小,即此时发生吸氧腐蚀,反应式是2H2O+O2+4e-====4OH-,故溶液的pH增大,A、B、D错误;C正确。【延伸探究】(1)开始导管内液面下降时正极反应式如何书写?
提示:开始时,因酸性较强发生析氢腐蚀,正极反应式是
2H++2e-====H2↑。
(2)若具支试管内盛有氯化钠溶液和生铁片,观察到怎样的现象?
提示:因氯化钠溶液显中性,故此时发生吸氧腐蚀,具支试管中因消耗氧气,导致气体压强减小,导管内液面上升。【变式训练】钢铁在中性条件下发生电化学腐蚀时,正极的电极反应式为( )
A.Fe-2e-====Fe2+
B.2H++2e-====H2↑
C.2H2O+O2+4e-====4OH-
D.Fe-3e-====Fe3+
【解析】选C。钢铁在中性条件下发生吸氧腐蚀,正极反应式是2H2O+O2+4e-====4OH-。 二、金属的电化学防护
1.金属防护的原理2.金属的电化学防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法。
①原理:应用原电池原理;
②要求:被保护金属作正极,另一活泼性较强的金属作负极;
③实例:(2)外加电流的阴极保护法。
①原理:应用电解池原理;
②要求:将被保护金属与电源的负极相连,作电解池的阴极,在外加直流电的前提下使阴极得到保护。
③实例:【特别提醒】金属被保护的效果
电解池的阴极>原电池的正极>一般防护措施>无保护措施。【典例2】(2012·天津高二检测)结合下图判断,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ是验证牺牲阳极的阴极保护法的实验装置
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应式均是Fe-2e-====Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应式均是O2+2H2O+4e-====4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液,均有蓝色沉淀【思路点拨】解答该题要注意以下三点:
(1)金属的活泼性:Zn>Fe>Cu;
(2)较不活泼的金属作原电池的正极且被保护;
(3)K3Fe(CN)6溶液遇Fe2+产生蓝色沉淀。 【解析】选A。金属的活泼性:Zn>Fe>Cu,故Ⅰ中锌作负极,铁作正极,电解质溶液呈中性,锌发生吸氧腐蚀,铁被保护,负极反应式是Zn-2e-====Zn2+,属于牺牲阳极的阴极保护法,A正确;Ⅱ中铁作负极,电解质溶液呈酸性,铁发生析氢腐蚀,负极反应式为Fe-2e-====Fe2+,正极反应式为2H++2e-====H2↑,因为Ⅰ中铁被保护,溶液中无Fe2+,故加入少量K3Fe(CN)6溶液,无蓝色沉淀产生,B、C、D错误。【延伸探究】若把装置Ⅱ设计成外加电流的阴极保护法保护铁。
(1)则铁应接外接电源的什么极?
(2)此装置中铁与I装置中铁相比,哪个保护效果更好?
提示:(1)应接电源的负极;(2)外加电流的阴极保护法保护铁效果更好。1.(2012·济宁高二检测)钢铁在潮湿的空气中往往因电化学
过程而被腐蚀,下列反应式在钢铁的吸氧腐蚀过程中不存在
的是( )
A.Fe-2e-====Fe2+
B.2H2O+O2+4e-====4OH-
C.2Fe+2H2O+O2====2Fe(OH)2
D.Fe-3e-====Fe3+【解析】选D。钢铁发生吸氧腐蚀时,负极反应式为Fe-2e-
====Fe2+,不会生成Fe3+,正极反应式为2H2O+O2+4e-====
4OH-,总反应式为2Fe+2H2O+O2====2Fe(OH)2,故选D。2.如图容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序
是( )
A.4>2>1>3 B.2>1>3>4
C.4>2>3>1 D.3>2>4>1
【解析】选A。金属腐蚀的快慢顺序是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀,故选A。3.下列金属防护属于电化学保护的是 ( )
A.改变金属内部组成结构
B.涂油漆
C.外加电流阴极保护法
D.在金属表面覆盖一层保护层
【解析】选C。金属的防护包括改变金属的内部结构、覆盖保护层和电化学防护,其中电化学防护包括牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。4.(2012·嘉兴高二检测)下列关于金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀,只有电化学腐蚀才是氧化还原反应
B.铝制品的耐腐蚀性强,说明铝的化学性质不活泼
C.将海水中钢铁闸门与电源的负极相连,可防止闸门被腐蚀
D.钢铁锈蚀时,铁原子失去电子成为Fe3+,而后生成Fe(OH)3,再部分脱水成为氧化铁的水合物【解析】选C。金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化的过程。无论是化学腐蚀还是电化学腐蚀,均是氧化还原反应。A错误;铝制品的耐腐蚀性强是因为铝表面生成一层致密的氧化物保护膜,B错误;C项属于外加电源的阴极保护法,正确;钢铁腐蚀时,铁失去电子生成Fe2+,不会生成Fe3+,D错误。5.(双选)铁钉与铜丝用导线连接后,浸入到0.01 mol·L-1的食盐溶液中,下列说法正确的是( )
A.铁钉和铜丝之间有电子转移
B.铜丝附近产生氯气
C.铜丝上放出O2
D.铁钉被氧化【解析】选A、D。铁钉和铜丝用导线连接后浸入食盐溶液中,刚好满足构成原电池的三个条件,由于食盐溶液是中性的,因此发生的反应是铁的吸氧腐蚀,铁作负极,发生氧化反应:2Fe-4e-====2Fe2+,铜丝为正极,溶解在溶液中的O2被还原,故选A、D。6.钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为:
正极:_____,负极发生_____反应。
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用甲图所示的方案,其中焊接在闸门上的固体材料R可以采用______。
A.铜 B.锡 C.锌 D.石墨
(3)乙图所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的_______极。【解析】(1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失去电子发生氧化反应,正极上O2得到电子。
(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,就可由锌失去电子,锌被溶解,而铁被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法。
(3)属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。
答案:(1)O2+2H2O+4e-====4OH-
氧化 (2)C (3)负探究金属腐蚀的条件和快慢
某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的普通铁钉分别固定在如图所示的三个装置内,并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间。【思考探究】
(1)甲中发生的是析氢腐蚀吗?
提示:甲中只有一种金属,没构成原电池,铁与挥发出的盐酸酸雾发生化学腐蚀。
(2)实验结束时,铁钉c几乎没有被腐蚀,原因是什么?
提示:浓硫酸不挥发,且具有吸水性,故丙中铁钉所处环境最干燥,故铁钉几乎没有被腐蚀。(3)实验结束时,铁钉腐蚀最严重的是哪个?
提示:乙中发生析氢腐蚀,Cu为正极,铁钉为负极,铁钉腐蚀最严重。
(4)通过该实验得出金属腐蚀的条件及快慢规律如何?
提示:金属发生腐蚀的条件是金属与接触的物质直接反应或与电解质构成原电池,金属腐蚀的由快到慢的规律是原电池的负极>一般的化学腐蚀>干燥环境中的金属。