化学·选修/化学反应原理(鲁科版)
第3节 化学能转化为电能—电池
1．下列关于原电池的叙述正确的是( )
A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B．原电池是将化学能转化为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
解析：构成原电池的正、负极可以用金属电极与非金属，如碳作电极，故A项错误；原电池中电子流出的一极发生氧化反应，故C项错误；电流的方向是从正极经外电路流向负极，与电子流动的方向是相反的，故D项错误。
答案：B
2．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。关于该电池的下列说法不正确的是( )
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH－向正极移动
D．总反应为：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：锂比铁的金属性强，故锂应做负极材料失电子，由题意知该原电池以LiOH为电解质且加入水即可放电则应发生反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，依据方程式可以判断水中氢在正极得电子，由＋1价被还原为0价，生成氢气，且水做氧化剂，故答案中A、B、D三项正确；C项中作为阴离子的OH－离子应向原电池的负极移动，故C项错误。
答案：C
3．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：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－
解析：本题考查新型燃料电池，意在考查学生能否正确书写电极反应式。结合题意，该电池总反应即是乙醇的氧化反应，不消耗H＋，故负极产生的H＋应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项错误；结合D项，转移0.4 mol电子时，消耗O2 0.1 mol，即标况下的体积为2.24 L，B项错误；C项正确。
答案：C
4．下列事实与电化学腐蚀无关的是( )
A．光亮的自行车钢圈不易生锈
B．黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿
C．铜、铝电线一般不连接起来作导线
D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈
解析：本题考查金属腐蚀问题。金属腐蚀包括两方面：一是电化学腐蚀，这是主要的；二是化学腐蚀，直接被氧化剂氧化。B、C、D三项可以构成原电池，形成电化学腐蚀；A项是镀上一层保护层，不是因为电化学而导致。
答案：A
5．阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池总反应为：2H2＋O2===2H2O。
若电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式分别为：
负极__________________，正极__________________。
若电解质溶液为稀H2SO4，其电极反应式分别为：
负极__________________，正极__________________。
解析：电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时可出现OH－，但不能出现H＋；同样，电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时可出现H＋，但不能出现OH－。
答案：H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ H2－2e－===2H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
6. 原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：
(1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：正极的电极反应式是____________________；负极的电极反应式是__________________。
解析：氧气在正极上发生还原反应生成氢氧根离子，肼在负极上被氧化转化为无污染的氮气和H2O。
答案：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－
N2H4＋4OH－―→N2↑＋4H2O＋4e－
(2)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl－NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。试写出该电池的正极反应式________________________________________________________________________。
解析：相当于氮气和氢气先合成氨，然后结合盐酸生成氯化铵。
答案：N2＋8H＋＋6e－―→2NH
(3)请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请画出实验装置图并写出电极反应式。
解析：三价铁离子能够氧化铜生成铜离子，从而设计成原电池证明该结论。
答案：
正极反应：2Fe3＋＋2e－―→2Fe2＋
负极反应：Cu―→Cu2＋＋2e－
1．有关铜锌原电池电极的判断正确的是( )
A．锌电极是负极
B．发生还原反应的是负极
C．质量减轻的电极是正极
D．电子流出的电极是正极
解析：铜锌原电池中，锌易失电子生成锌离子，发生氧化反应，质量减轻，作负极；铜作正极，发生还原反应。
答案：A
2．①②③④四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
解析：本题考查原电池原理。电流方向与电子流向相反，①②相连时，电流由②流向①，则金属性①>②；①③相连时，③为正极，则金属性①>③；②④相连时，②上有气泡，则金属性④>②；③④相连时，③的质量减少，则金属性③>④；综上分析，可得金属活动性顺序为①>③>④>②。
答案：B
3．将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是( )
A．Cu电极上发生还原反应
B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C．片刻后甲池中c(SO)增大
D．片刻后可观察到滤纸b点变红色
解析： 本题考查原电池和电解池工作原理。A项，K闭合时，Zn和Cu构成原电池，Cu作正极，发生还原反应，正确；B项，在电解Na2SO4溶液时，电子不能流入电解质溶液中，即a―→b电子不能通过，错误；C项，甲池中硫酸根离子没有放电，故浓度不变，错误；D项，b为阳极，OH－放电，留下H＋，使得b附近溶液显酸性，不能使酚酞变红，错误。
答案：A
4. 可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世，其结构示意图如右图所示。甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应为：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O。下列说法中不正确的是( )
A．右电极为电池正极，b处通入的物质是空气
B．左电极为电池负极，a处通入的物质是空气
C．负极反应式为：CH3OH＋H2O－6e－ === CO2↑＋6H＋
D．正极反应式为：O2＋4H＋＋4e－ === 2H2O
解析：原电池中电子流出的一极为负极，负极失电子被氧化，a应通入甲醇，故B项错；b为电子流入的极应为正极，正极得电子，应通入空气，故A项对；D项的正极反应式对，用总反应式减去正极反应式可知C项也正确。
答案：B
5．钢铁生锈过程发生如下反应：
①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。
下列说法正确的是( )
A．反应①、②中电子转移数目相等
B．反应①中氧化剂是氧气和水
C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀
D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
解析：反应①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2中的氧化剂是O2，同样在反应②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3中氧化剂也是O2，而且两个反应中氧气的系数都是1，因此1 mol O2得到的电子均是4 mol，故A正确；反应①中水中的元素化合价在反应前后不变，则氧化剂只有氧气，故B错误；钢质水管与铜质水龙头连接后形成原电池，铁比铜活泼，则钢质水管做负极被腐蚀，故C项错误；钢铁在潮湿的空气中容易发生电化学腐蚀，而且主要是发生吸氧腐蚀，故D错误。
答案： A
6．一种充电电池放电时的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是( )
A．H2O的还原 B．NiO(OH)的还原
C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化
解析：为电池充电时，为电解池的工作原理，与外电源正极连接的电极是阳极，该极上发生的反应是失电子的氧化反应，元素的化合价会升高，即Ni(OH)2的氧化反应。
答案：D
7．(2013·江苏卷)Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器．该电池以海水为电解质溶液，示意图如右。该电池工作时，下列说法正确的是( )
A．Mg 电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH 增大
D．溶液中Cl－向正极移动
解析：组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，故A项错误；双氧水作为氧化剂，在石墨上被还原变为水，发生还原反应，溶液pH值增大，故B项错误，C项正确；溶液中Cl－移动方向同外电路电子移动方向一致，应向负极方向移动，故D项错误。
答案：C
8．21世纪最富有挑战性的课题之一是使汽油氧化直接产生电流。新研制的某汽油燃料电池的工作原理为：一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，掺杂了Y2O3的ZrO2晶体作电解质，它在高温下传导O2－。填写下列空白。
(1)汽油燃料电池的能量转化率比汽油在发动机里燃烧产生动力的能量转化率________(选填“高”或“低”)。
解析：由于燃料电池具有较高的能量利用率，故燃料电池氧化汽油比在发动机里燃烧产生动力的能量转化率高。
答案：高
(2)若用丁烷(C4H10)代表汽油，则该燃料电池总反应的化学方程式为：__________________________，通入空气的电极为________(选填“正”或“负”)极，其电极反应式为：________________________________________________________________________。
解析：电池放电时，就是丁烷发生氧化反应，则电池总反应的化学方程式为2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O，发生还原反应的极为电池的正极，故通入空气的一极为正极。
答案：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O 正 O2＋4e－===2O2－
(3)该汽油燃料电池的不足之处是汽油被氧化不完全，产生的__________可能堵塞气体通道。
解析：汽油氧化不完全易产生炭粒，易堵塞气体通道。
答案：炭粒
9．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
________________________________________________________________________。
解析：钢铁发生吸氧腐蚀时，负极发生氧化反应，电极反应为2Fe===2Fe2＋＋4e－，正极发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
答案：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋ 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
解析：为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，应将铁设计成原电池的正极，则负极为较铁更活泼的金属，选项中锌可以，但不可用钠，因钠与水发生剧烈反应，起不到保护铁不被腐蚀的效果；
答案：C
(3)图乙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：图乙所示的方案为外加电源的阴极保护法，铁连接电源的负极。
答案：负
10．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，设计一个最简单的原电池。
(1)在图示下边方框内画出实验装置图，并指出正极为____，电极反应式为_______________________________；负极为__________，电极反应式为_____________________。
(2)该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，如图所示：
请回答下列问题：
①电极X的材料是________，Y的材料是________，电解质溶液Z是________。
②盐桥的作用是________________________________________________________________________。
③外电路中的电子是从________电极流向________电极。
解析：本题考查原电池的原理和设计，解题时应明确设计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu－2e－===Cu2＋，2Ag＋＋2e－===2Ag；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Ag＋得到负极失去的电子，电解质溶液只能用含Ag＋的电解质溶液，如AgNO3溶液。而正极材料的活泼性比Cu弱。在带盐桥的原电池组成半电池时，注意电极材料与溶液中的离子一般要相对应，如Cu2＋/Cu或Ag＋/Ag。
答案：(1)实验装置图如图：
Pt(合理即可) 2Ag＋＋2e－===2Ag Cu Cu－2e－===Cu2＋
(2)①Cu Ag AgNO3 ②将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导 ③Cu Ag
课件98张PPT。第1章 化学反应与能量转化
第3节 化学能转化为电能—电池 栏目链接 1.了解原电池的工作原理，根据电流的方向判断原电池的正极和负极，并理解电极反应的概念。
2.了解原电池的实际应用。
3.理解金属腐蚀的电化学原理以及了解相应的防护措施。 栏目链接 栏目链接一、原电池的工作原理 1．原电池的定义
电化学上将________能转化为________能的装置称为原电池。化学电 栏目链接 2．铜锌原电池装置及实验现象分析
(1)装置。 栏目链接(2)实现现象。减少增加减少增加 栏目链接(3)实验分析。Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu流出流入Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu 栏目链接1．铜锌原电池中盐桥的作用是什么？思 考
应 用 答案：盐桥可提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电中性，保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路；而盐桥的作用则是沟通内电路。 栏目链接 3．原电池的工作原理
外电路中电子由______极流向______极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向______极，阳离子移向______极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了______能向______能的转化。负正负正化学电 栏目链接 4．原电池的构成条件
(1)___________不同的两个电极；
(2)电极均与________________ 接触；
(3)形成闭合回路；
(4)能自发地发生_____________反应。活泼性电解质溶液氧化还原 栏目链接二、化学电源 1．化学电源的分类
(1)一次电池：只能放电，不能充电，使用后弃去，可能造成____________。
(2)可充电电池：也称____________，可以反复充电和放电，放电时是一个______，将______能转化为______；充电时是一个__________，将______转化为______。环境污染二次电池原电池化学电能电解池电能化学能 栏目链接 (3)燃料电池：电池负极输入燃料，发生______反应；正极输入______，发生______反应，实现一个相当于燃烧反应的电池反应，将______转化为______。
氧化氧气还原化学能电能 栏目链接2．常见化学电源：
(1)锌锰干电池(一次电池)。
负极(锌)发生的反应：________________________________________________，
正极(石墨)：2NH＋2e－=== 2NH3＋H2，
电池反应：_________________________________________________。Zn－2e－===Zn2＋Zn＋2NH ===Zn2＋＋2NH3＋H2 栏目链接(2)铅蓄电池(二次电池)。
负极：________________________________________________，
正极：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，
总反应为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。Pb＋SO －2e－===PbSO4 栏目链接(3)氢氧燃料电池。
电解质溶液是KOH溶液，在负极通入H2，正极通入O2，电极反应为：
负极：_____________________________________，
正极：_____________________________________，
总反应：___________________________________。
2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－2H2＋O2===2H2O 栏目链接2．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？思 考
应 用 答案：可充电电池充电时的电极接法为： 栏目链接三、金属的腐蚀与防护 1．金属的腐蚀
(1)定义：金属表面跟周围接触到的气体或液体发生化学反应或因________________而遭到破坏。电化学作用 栏目链接 (2)分类：金属腐蚀可分为__________和__________。____________是指金属与其他物质直接接触发生____________而发生的腐蚀；________________是指不纯的金属或合金接触电解质溶液，使较活泼的金属发生____________而引起的腐蚀。现实生活中，两种腐蚀往往同时发生，但________________更普遍，危害更严重。
化学腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀化学反应电化学腐蚀电化学反应电化学腐蚀 栏目链接(3)钢铁的腐蚀：较弱呈中性Fe－2e－===Fe2＋Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 栏目链接3．化学腐蚀与电化学腐蚀的本质相同吗？两者有何区别？思 考
应 用 答案：两者的本质相同，都是金属失去电子被氧化即A＝ne－＋An＋。两者的区别是化学腐蚀没有电流产生，而电化学腐蚀有电流产生。 栏目链接 2．金属的防护
(1)改变金属内部结构，如制成合金等。
(2)加防护层，如在金属表面_____________________等。
3．电化学防腐蚀。
(1)牺牲阳极保护法。
这种方法通常是在被保护的钢铁设备(如锅炉内壁、船体外壳等)上装上若干________，作原电池的________，不断遭受腐蚀，定期拆换，而作为________的钢铁被保护了下来。喷油漆、涂油脂、电镀锌块负极正极 栏目链接 (2)阴极电保护法。
这种方法是将被保护的钢铁设备(如钢闸门)与外加直流电源的________极相连作为________极，而将直流电源的正极接到一些废铁上，使废铁成为________极。负阴阳 栏目链接 防腐效果由好到差的顺序为：外加电源的阴极电保护法防腐＞牺牲阳极保护法防腐＞有一般防护条件的防腐＞无防护条件的防腐。温 馨
提 示 栏目链接1．下列说法正确的是( )
A．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加
B．氢氧燃料电池中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－
4OH－
C．甲醇燃料电池以酸性溶液为电解质溶液，其负极反应为：CH3OH＋H2O CO2＋6H＋＋6e－
D．电池工作时，电子由负极通过电解质溶液流向正极活 学
活 用 栏目链接活 学
活 用 解析：铅蓄电池在放电过程中，负极电极反应式Pb＋SO－2e－===PbSO4，负极质量增加，正极电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO ＋2e－===PbSO4＋2H2O，正极质量增加，故A项错误；氢氧燃料电池中，负极上H2失去电子，故B项错误；该燃料电池的电解质溶液呈酸性，所以负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，故C项正确；原电池中，电子从负极通过导线流向正极，故D项错误。
答案：C 栏目链接2．将纯锌片和纯铜片按如图所示方法插入相同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )活 学
活 用 栏目链接A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡的速率甲比乙慢活 学
活 用 栏目链接活 学
活 用 解析：因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，而甲烧杯中锌片与铜片构成原电池，且H2从铜片上析出，故铜片表面有气泡产生，A、B两项皆错；又因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池，加快了Zn的溶解，故D项错；同时，两杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H＋，故C项正确。
答案：C 栏目链接 栏目链接知识点一 原电池、电解池的工作原理比较 栏目链接 栏目链接 栏目链接 例1 铜锌原电池如图工作时，下列叙述正确的是( ) 栏目链接A．正极反应Zn－2e－===Zn2＋
B．电池反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从负极移向正极
D．盐桥中K＋移向ZnSO4溶液 栏目链接 解析：A项中，Zn是负极，故A错误； B项中，电池总反应和没有形成原电池的氧化还原反应相同，故B正确；C项中，根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电子由负极流向正极，故C正确；D项中，在溶液中，阳离子往正极移动，K＋移向CuSO4溶液，故D错误。
答案：BC 栏目链接变 式
应 用1．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是( ) 栏目链接变 式
应 用A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动 栏目链接变 式
应 用 解析：a和b不连接时，不能构成原电池，铁置换出的铜附着在铁片上，故A项正确；a和b用导线连接时，构成原电池，溶液中的Cu2＋得到电子生成铜在铜片上析出，故B正确；无论a和b是否连接，都是铁片不断溶解生成Fe2＋，溶液中的Cu2＋不断得到电子生成Cu，从溶液中析出，溶液颜色从蓝色逐渐变成浅绿色，故C项正确；a和b分别连接直流电源正、负极时，装置为电解池，铜电极为阳极，铁为阴极，电解质溶液中阳离子向阴极移动，因此，即使电压足够大，Cu2＋也只能向阴极移动，故D项错误。
答案：D 栏目链接知识点二 判断原电池的正负极及电极反应式的书写 1．判断原电池的正负极
(1)由组成原电池的两极电极材料判断。一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极(注：一定要注意实际情况，如：Mg—Al—NaOH，Al才是负极；Al—Cu—浓硝酸，Cu才是负极)。
(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。 栏目链接 (3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。
(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应(负失氧)，其正极总是得电子发生还原反应(正得还)。 栏目链接 (5)根据原电池的两极发生的现象判断。溶解或质量减轻的电极为负极，电极增重(有金属析出)或有气泡放出的一极为正极(此规则具有相当的局限性，可用于一些非常规的原电池的电极判定，如Al—Cu—稀硫酸，但不适用于目前许多的新型燃料电池的电极的判定)。
学习中常犯的错误是原电池正负极的判断，不一定是较活泼的金属一定作负极，而要看是否发生氧化反应。如：铁、铜和浓硝酸组成的原电池，虽然铁的活泼性比较强，但不能与浓硝酸反应，而铜可以，因此铜作负极，铁作正极。 栏目链接 2．电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写。 栏目链接(2)复杂电极反应式的书写。
如书写CH4在酸性燃料电池中
总反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
正极反应式：2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
负极反应式：CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋ 栏目链接 (3)注意问题。
①书写电极方程式时一定要考虑电解质溶液的酸碱性，如氢氧燃料电池，在酸性溶液中，负极反应：H2－2e－===2H＋；在碱性溶液中负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===2H2O。
②原电池中正负极电极反应式，对于强弱电解质的书写形式，一般要求与离子方程式相同。
栏目链接 例2 (1)我国首创的海洋电池，以海水为电解质溶液，总反应为：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，则该电池负极反应式为：_______________，正极反应式________________。
(2)如右图：若A为铜片，B为铁片，电解质为FeCl3溶液，则作铜片为____极(填正或负)，写出电极反应式：正极________；负极 ________________________。 栏目链接 栏目链接 解析：(1)根据反应方程式知，正极为O2发生还原反应生成OH－，负极是Al，负极失电子发生氧化反应生成Al3＋。
(2) 根据正负极材料的活泼性知，铁片作负极，铜片作正极；正极上 Fe3＋得电子生成Fe2＋。
答案：(1)4Al－12e－===4Al3＋
3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
(2)正 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋。 栏目链接变 式
应 用2．如图所示，试回答下列问题： 栏目链接变 式
应 用 (1)电解质溶液为稀H2SO4时，则负电极为___________________________________________，
负极电极反应式为：________________________。
(2)电解质溶液为 NaOH时，则负电极为______________________________________________，
负极电极反应式为：_________________________。 栏目链接变 式
应 用 解析：(1)当电解质溶液为稀H2SO4时，Mg、Al都和稀硫酸反应，但Mg失电子的能力大于 Al，所以Mg作负极，Al作正极，负极上Mg失电子变成离子进入溶液，所以负极电极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋。(2)当电解溶液为NaOH时，Al和氢氧化钠溶液反应，Mg和氢氧化钠溶液不反应，Al失电子和氢氧根离子生成偏铝酸根离子和水，即Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，所以Al作负极发生氧化反应，Mg作正极。
答案：(1)镁(Mg) Mg－2e－===Mg2＋
(2)铝(Al) Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O 栏目链接知识点三 化学电源1．电池的分类 栏目链接 2．一次电池与二次电池的不同点
(1)一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度就不能使用了，如普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池。
(2)二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等。 栏目链接 (3)可充电电池放电时是一个原电池，将化学能转化为电能；充电时是一个电解池，将电能转化为化学能。
3．常见的化学电池
(1)锌锰干电池。
(2)铅蓄电池。
铅蓄电池的电极反应： 栏目链接 放电时二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极发生氧化反应。充电时二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极上发生还原反应。 栏目链接 (3)氢氧燃料电池。
①写电极反应时要考虑介质是否参与反应，下面分别为碱性、酸性、中性介质时的电极反应。
a．电解质溶液为KOH溶液时： 栏目链接 b．电解质溶液为稀H2SO4时：
c．电解质溶液为Na2SO4溶液时： 栏目链接 ②燃料电池的燃料除H2外，还有CH4、CH3OH和乙醇(C2H5OH)等。氢氧燃料电池因为产物只有水，不产生任何污染而备受关注。
③书写燃料电池的电极反应式应注意的问题：
a．电池的负极一定是可燃性气体，失电子，发生氧化反应，也称阳极。电池的正极一定是助燃性气体，得电子，发生还原反应，也称阴极。
b．电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。 栏目链接 c．电极反应式作为一种特殊的离子反应方程式，也必须遵循原子守恒、电荷守恒规律。
d．写电极反应式时，一定要注意电解质是什么，其中的离子要和电极反应式中出现的离子相对应，在碱性电解质中，电极反应式中不能出现H＋，中性电解质溶液中H＋，OH－不能出现在反应物中。
e．正负极两极的电极反应式在得失电子守恒的条件下，相加后的电池反应必是燃料燃烧反应和燃烧产物与电解质溶液反应的叠加反应式。 栏目链接如燃料电池(－)CH4|KOH(aq)|O2(＋)，
负极：CH4＋10OH－－8e－===CO ＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
总反应：CH4＋2O2＋2OH－===CO ＋3H2O
栏目链接 例3 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( ) 栏目链接A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－ NiOOH＋H2O＋e－
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－向正极移动 栏目链接 解析：充电时作为电解装置，电能转化为化学能，阳极发生氧化反应，电极反应为：Ni(OH)2＋OH－ NiOOH＋H2O＋e－，故A正确，B错误；放电是一原电池装置，化学能转变为电能，Cd作负极，失去电子发生氧化反应，Cd＋2OH－ Cd(OH)2＋2e－，Cd周围的[OH－]下降，OH－向负极移动，故C、D两项错误。
答案：A 栏目链接变 式
应 用 3．(2013·天津卷)为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：
电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
电解池：2Al＋3H2O Al2O3＋3H2↑
电解过程中，以下判断正确的是( ) 栏目链接通电变 式
应 用 栏目链接变 式
应 用 解析：电池中Pb电极是负极，PbO2电极是正极，H＋移向PbO2电极，故A项错误；每消耗3 mol Pb，电路中通过电子的物质的量为6 mol，据电子守恒得n(Al2O3)＝1 mol，故B项错误；电池正极反应式应为PbO2＋4H＋＋SO ＋2e－===PbSO4＋2H2O，故C项错误；电池Pb电极的电极反应式为Pb＋SO －2e－===PbSO4，Pb电极质量增大，电解池Pb电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电极质量不变，故D项正确。
答案：D 栏目链接知识点四 金属的腐蚀与防护 1．金属的腐蚀
(1)金属的腐蚀指的是金属及其合金跟周围接触到的气体或液体发生化学反应被氧化而损耗的过程。
(2)金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化的过程，其反应方程式(M代表金属元素)为：
M－ne－ Mn＋ 栏目链接(3)金属腐蚀的分类。 栏目链接(4)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较。 栏目链接2.钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 栏目链接(续表) 栏目链接3.金属的防护
(1)内因：改变内部组成和结构。
如与铬、镍等形成不锈钢。
(2)外因：防止形成原电池。
①改变电解质溶液为非电解质：如涂上油漆、矿物性油脂等。 栏目链接 ②镀上一层纯金属(锌、锡、铬、镍)以改变电极，使不存在活动性不同的两个电极，只有一极不形成原电池。如：表层镀锌的镀锌铁破损后，铁为正极，不腐蚀；锌为负极，被腐蚀，可以不断补充锌，保护铁，延长钢铁的使用期。而表层镀锡的镀锡铁，价格虽比镀锌铁低，但表层磨损后，锡为正极，铁为负极，加快了钢铁的腐蚀。此外，还可将铁钝化使之表面形成一层致密的Fe3O4氧化膜。 栏目链接 (3)电化学保护法。
①接锌块形成原电池，牺牲锌(负极)保护铁(正极)，习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法(如下图)。如船壳上打上锌块。
②钢铁外接电源负极形成电解池，使之成为阴极而被保护，习惯上叫做外加电流的阴极保护法。如钢闸门接低压直流作负极，石墨接电源正极作阳极，浸入水中(如下图)。 栏目链接就防护效果而言：②法优于①法。 栏目链接 栏目链接 4．金属腐蚀的快慢的判断方法
(1)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)同一金属在不同溶液中的腐蚀速率：强电解质＞弱电解质＞非电解质。 栏目链接 (3)原电池原理引起的腐蚀速率：两极金属活动性相差越大，腐蚀越快。
(4)同一电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
5．常见金属防护的措施
(1)改变金属的内部结构。
(2)在金属表面覆盖保护层。 栏目链接 栏目链接 例4 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe===Fe3＋＋3e－ 栏目链接 解析：A项中钢管与电源负极相连可被保护；C项中钢管和钢管堆放在一起时可构成原电池从而使钢管被腐蚀；D项中应生成Fe2＋。
答案：B 栏目链接变 式
应 用4．(2013·北京卷) 下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( )
A．水中的钢闸门连接电源的负极
B．金属护栏表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子膜
D．地下钢管连接镁块 栏目链接变 式
应 用 解析：水中的钢闸门连接电源负极，阴极上得电子被保护，所以属于使用外加电流的阴极保护法，故A项正确；对金属护栏涂油漆使金属和空气、水等物质隔离而防止生锈，没有连接外加电源，故B项错误；汽车底盘喷涂高分子膜阻止了铁与空气、水的接触，从而防止金属铁防锈，没有连接外加电源，故C项错误；镁的活泼性大于铁，用牺牲镁块块的方法来保护船身而防止铁被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法，故D项错误。
答案：A 栏目链接知识点五 原电池原理的应用 1．用于比较不同金属的活动性强弱
根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。
2．用于加快化学反应速率
由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快。 栏目链接 如Zn与稀H2SO4反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu－Zn原电池，加快反应进行。
3．用于金属的防护
要保护一个铁制闸门，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁制闸门作正极。
4．用于设计制作化学电源
(1)首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应； 栏目链接 (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；
①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。
栏目链接 ②电解质溶液的选择。
电解质溶液一般要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—硫酸铜构成的原电池中，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。 栏目链接 例5 (2013·广东卷)(1)能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)；铜片、铁片、锌片和导线。
①完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注。 栏目链接 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极________________________________________________。 栏目链接 ③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________。
(2)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(1)的材料中应选________作阳极。 栏目链接 解析：(1)①在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素，如图示设计原电池，锌做负极，铜做正极；②铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，依据原电池反应的原理，需要选用比铜活泼的锌做负极，下层原电池，负极发生氧化反应，Zn－2e－===Zn2＋，锌溶解；③甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是甲，因为甲可以保持电流稳定，化学能基本都转化为电能，而乙中的活泼金属还可以与CuSO4溶液发生置换反应，部分能量转化为热能。 栏目链接 (2)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，应选择比铁活泼的金属做负极，在电池内电路为阳极，称为牺牲阳极的阴极保护法，材料中选择锌做阳极。 栏目链接 答案：(1)① 栏目链接 ②电极逐渐溶解
③甲 可以避免Zn与Cu2＋的接触，提高电池效率，提供稳定电流
(2)Zn 栏目链接变 式
应 用 5．利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计一个原电池，在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为________，电极反应式为__________；负极为________，电极反应式为__________________________。 栏目链接变 式
应 用 解析：根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是，首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Zn－2e－―→Zn2＋，2Fe3＋＋2e－―→2Fe2＋；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Zn作材料，正极是保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3＋的材料如Pt或炭棒等，电解质溶液只能用含Fe3＋的电解质溶液如FeCl3溶液等。
答案：Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Zn Zn－2e－===Zn2＋ 栏目链接变 式
应 用实验装置如下图： 栏目链接
