(共58张PPT)
第四章 化学反应与电能
化学能与其他形式的能量可以相互转换，而且严格遵守能量守恒定律。化学能和电能通过一定的装置也可以相互转换，从能量转换角度看，电化学反应过程(包括装置)可分两类：一是化学能转换为电能，二是电能转换为化学能。通过化学能和电能之间的相互转换，能够使我们对氧化还原反应的认识及化学反应中能量变化的认识更加深刻。
本章内容探究化学能与电能的相互转化、化学电源和金属的防护。
本章知识在结构上分为三节：第一节主要学习原电池——原电池的工作原理和化学电源；第二节主要学习电解池——电解原理和电解原理的应用；第三节主要学习金属的腐蚀与防护。
1．理解本质，重应用。
通过探究常见化学电源的工作原理，体会原电池反应的本质，并能应用原电池原理解决实际问题。
2．相互对照，巧关联。
对照原电池的构造，分析电解池的构造，加强对原电池、电解池原理的理解。
3．紧抓本质，析规律。
根据电解原理的本质即氧化还原反应，结合常见阴、阳离子的还原性、氧化性的强弱，分析各种微粒的放电顺序，归纳总结各类盐溶液的电解规律，理清电解产物及电解质溶液的变化。
4．联系生产，明责任。
通过介绍日常生活、生产中常见腐蚀的实例如铁闸门、轮船船体、桥梁、铁制炊具等的腐蚀，探究其腐蚀的本质，探求改变腐蚀速率的方法，加深对电化学原理的理解，深刻认识绿色化学的重要性，培养社会责任感。
第一节 原电池
第1课时 原电池的工作原理
1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解原电池的工作原理。
1．以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，培养宏观辨识与微观探析的能力。
2．通过对锌铜原电池工作原理的分析，建立对电化学过程的系统分析思路，培养证据推理与模型认知的意识。
课前素能奠基
课堂素能探究
课堂达标验收
新课情景呈现
名师博客呈现
新课情景呈现
某化学兴趣小组为了体验水果电池电流的存在进行了下列实验。用橘子一个，铝片和锌片各一片，电灯泡一个，按图连接好。在实验前，先用砂纸擦去金属表面的氧化膜，实验时保持两金属片插在橘子上，不能直接接触。
你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还可能有哪些呢？
电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？我们这节课先一起复习一下有关原电池的相关内容。
课前素能奠基
新知预习
一、原电池原理
1．原电池的概念和实质：
(1)概念。将_________转化为_______的装置。
(2)实质。利用能自发进行的___________反应把化学能转化为电能。
化学能
电能
氧化还原
2．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)：
锌
铜
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
氧化
还原
电子流向 由_____片沿导线流向_____片 离子迁 移方向 阴离子向_______迁移；阳离子向_______迁移 电池反应 方程式 ______________________________ 两类装置 的不同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故能量转化率高，电流稳定，持续时间长
锌
铜
负极
正极
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
3.原电池形成的条件：
(1)闭合回路。
(2)两极有电势差——两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作_______。
(3)_________溶液或_______电解质。
(4)自发的___________反应。
负极
电解质
熔融
氧化还原
二、原电池的设计
1．理论上，任何自发的___________反应都可以设计成原电池。
2．外电路：_______性较强的物质在负极上失去电子，_______性较强的物质在正极上得到电子。
3．内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作_______移动。
氧化还原
还原
氧化
定向
预习自测
1.如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是( )
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C可能分别为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
C
解析：原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应，溶解质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
2．下列装置中，能构成原电池的是( )
解析：酒精为非电解质，A错误；选项B中未使用盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知D正确。
D
3．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( )
A．均发生了化学能转化为电能的过程
B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物
C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向Cu
D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高
B
解析：A项，两个装置都为原电池装置，均发生化学能转化为电能的过程，正确；B项，根据原电池的工作原理，锌比铜活泼，锌作负极、铜作正极，铜本身不是反应物，错误；C项，锌作负极，电子从负极经外电路流向正极，正确；D项，图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大，但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减，正确。
课堂素能探究
原电池的工作原理
知识点 1
问题探究：1.在Cu-Zn-H2SO4原电池中，1 mol Zn完全反应，流经电解质溶液的电子数是多少？
2．某原电池工作时，a电极质量增加，则该电池的电解质溶液可以是盐酸吗？
探究提示：1.0。电子只能沿着导线移动，不经过电解质溶液。
2．不能，因为a电极质量增加，说明该电极上应有金属析出，应是溶液中的金属阳离子得电子而析出金属，故电解质不可能是盐酸。
知识归纳总结：
1．原电池的工作原理简图：
[特别提醒]电子及离子的移动
(1)电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。
(2)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
(3)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
2．原电池中盐桥的作用：
(1)通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。
(2)使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，有利于最大限度地将化学能转化为电能。
3．原电池中正负极的判断方法：
有关如图所示原电池(盐桥中吸附有KNO3饱和溶液)的叙述不正确的是( )
A．盐桥中的K＋向Cu片移动
B．电子沿导线由Cu片流向Ag片
C．正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag
D．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
典例1
A
解析：该原电池中，Cu为负极，Ag为正极，放电时溶液中阳离子向正极移动，即盐桥中K＋向Ag片移动，A项错误；该电池放电时电子由负极Cu片经导线流向Ag片，B项正确；正极电极反应式为：Ag＋＋e－===Ag，C项正确；Cu为负极，失电子发生氧化反应，Ag为正极，得电子发生还原反应，D项正确。
关于下图所示的原电池，下列说法正确的是( )
A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转；铜电极在反应前后质量不变
变式训练
A
解析：锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D项错误。
原电池原理应用
知识点 2
问题探究：1.实验室常用粗锌和稀硫酸反应制备H2，请讨论为何不用纯锌？
2．根据原电池原理如何比较Fe、Cu两种金属的活动性强弱？
3．中和反应能够放出大量的热，有人设想将其设计成原电池，你认为他是否能成功？原因是什么？
探究提示：1.粗锌中的锌、杂质和稀硫酸构成原电池，加快化学反应速率，而纯锌与稀硫酸反应比粗锌缓慢。
2．将铁片和铜片用导线连接浸入稀硫酸中，发现铁片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，说明铁比铜活泼。
3．不能；原因是中和反应不属于氧化还原反应。
知识归纳总结：
1．比较金属活动性强弱：
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
2．加快氧化还原反应的速率：
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。
3．设计原电池：
(1)分析氧化还原反应，找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物，将其分成氧化反应和还原反应两个半反应。
(2)设计成无盐桥电池：发生氧化反应的物质作负极，找一种比负极活泼性差的物质作正极，以与负极发生反应的溶液为电解质溶液，用导线将两个电极构成闭合回路即可。
(3)设计成有盐桥的电池：发生氧化反应的物质作负极，找一种比负极活泼性差的物质作正极，以含负极氧化产物的溶液作为负极电解质溶液，以含氧化剂的溶液作为正极电解质溶液，然后用盐桥连接两个电池，用导线连接两个电极即可。
4．用于金属保护：
根据原电池的工作原理，负极金属发生氧化反应。将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_______________________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
典例2
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
答案：
解析：依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。氧化反应为Cu－2e－===Cu2＋，还原反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，则设计思路明确：
原电池组成为Cu是负极，正极材料选用比铜活泼性差的铂或导电的非金属如石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。
根据反应2Ag＋Cl2===2AgCl设计的一种原电池的装置如图。下列说法正确的是( )
A．负极反应为Cl2＋2e－===2Cl－
B．放电时，离子交换膜右侧溶液中有白色沉淀生成
C．理论上，可以用NaCl溶液代替盐酸
D．当电路中有0.01 mol e－转移时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
变式训练
C
解析：负极上发生Ag－e－＋Cl－===AgCl，故A错误；放电时，交换膜右侧的氯离子向左侧移动，在负极上有银离子生成，银离子在左侧和氯离子反应生成AgCl沉淀，故B错误；根据电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl可知，用NaCl溶液代替盐酸，电池的总反应不变，故C正确；放电时，当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜右侧会有0.01 mol氯离子通过阴离子交换膜向左侧移动，同时会有0.01 mol Ag失去0.01 mol电子生成银离子，银离子会与氯离子反应生成氯化银沉淀，所以交换膜左侧溶液中离子物质的量不变，故D错误。
名师博客呈现
原电池的电流是怎样产生的
我们以铜锌原电池为例来分析原电池的电流是怎样产生的。
锌片上和ZnSO4溶液中都存在Zn2＋。在锌片和溶液的接触面上，水分子与金属表面的Zn2＋相互吸引，发生水合作用，使部分Zn2＋离开锌片进入溶液：
Zn―→Zn2＋＋2e－
溶液中的Zn2＋也可以沉积到锌片的表面：
Zn2＋＋2e－―→Zn
由于前一过程的趋势大于后一过程，并且锌片上的电子不能自由进入溶液，因而锌片带负电荷。又由于异性电荷的吸引作用，锌片上的电子与溶液中的Zn2＋在金属—水界面的两侧聚积，最终在锌片和ZnSO4溶液的界面达到溶解与沉积的平衡状态：
此时，由于锌片与溶液的界面两侧电荷不均等，便产生了电势差。
铜原子和锌原子失电子的能力不同，因此铜电极和锌电极的溶解——沉积平衡状态不一样，两个电极材料与其溶液间的电势差不相等。由于锌原子比铜原子容易失电子，在锌电极的锌片表面上积累的电子比铜电极的铜片表面上积累的电子多，因此将两极接通后，电子由锌片流向铜片。电子的移动破坏了两极的溶解——沉积平衡，锌极的平衡由于电子移走而向溶解方向移动，铜极的平衡由于电子移入而向沉积方向移动；结果使电子持续流动形成电流。
课堂达标验收
1．锌铜原电池装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．铜片作负极
B．锌电极的反应式：Zn－2e－===Zn2＋
C．电流从锌片流向铜片
D．盐桥的作用是传递电子
解析：A项，Zn易失电子发生氧化反应而作负极，错误；B项，Zn易失电子发生氧化反应，锌电极的反应式：Zn－2e－===Zn2＋，正确；C项，铜作正极，电流由铜片流向锌片，错误；D项，盐桥的作用是传递离子，电子不能通过溶液，错误。
B
2．化学电源应用广泛。某原电池装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．锌电极发生氧化反应
B．锌片和铜片都有O2产生
C．电子由铜电极经导线流向锌电极
D．原电池工作一段时间后溶液的c(H＋)不变
A
解析：锌比铜活泼，作负极，发生氧化反应，故A正确；铜作正极，电极上有氢气产生：2H＋＋2e－===H2↑，故B错误；电子由负极流向正极，即从锌电极经导线流向铜电极，故C错误；原电池工作一段时间后，正极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，则溶液的c(H＋)变小，故D错误。
3．由W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是( )
C
A.装置甲中X作原电池正极
B．装置乙中Y电极上的反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
C．装置丙中溶液的c(H＋)不变
D．四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y
解析：装置甲中金属W不断溶解，负极失电子逐渐溶解，则W作原电池负极，X为正极，氢离子得到电子生成氢气，故A正确；Y上铜离子得电子生成Cu，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故B正确；装置丙中W上氢离子得电子生成氢气，溶液中氢离子浓度减小，故C错误；甲中W为负极，X为正极，则活动性：W>X；乙中X为负极，Y为正极，则活动性：X>Y；丙中Z为负极，W为正极，则活动性：Z>W，所以四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y，故D正确。
4．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：______________________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：_____________________。
②正极：_____________________________。
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥 ②含盐桥
解析：(1)Fe3＋具有强氧化性，会将Cu单质氧化变为Cu2＋，其本身被还原产生Fe2＋，反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
(2)原电池的负极失去电子，发生氧化反应，正极上得到电子，发生还原反应，因此要将上述反应设计为原电池，负极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋；正极反应式为：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。
(3)①若将上述反应设计为原电池，Cu为负极，活动性比Cu弱的电极如石墨为正极，含有Fe3＋的溶液如FeCl3为电解质溶液，若不含有盐桥，则装置图为： 。
②若将上述反应设计为原电池，Cu为负极，活动性比Cu弱的电极如石墨为正极。若含有盐桥，则Cu电极插入含有Cu2＋的电解质溶液如CuCl2溶液中；正极石墨插入含有Fe3＋的溶液如FeCl3溶液中，则装置图为 。(共68张PPT)
第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第2课时 化学电源
1．了解常见化学电源的工作原理。
2．了解新型化学电源的工作原理。
1．通过对常见化学电池的分析，培养证据推理与模型认知的能力。
2．通过认识新型化学电源的作用及废旧电池对环境的危害，形成科学态度与社会责任意识。
课前素能奠基
课堂素能探究
课堂达标验收
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名师博客呈现
新课情景呈现
现在，各种各样的电池特别多，像手电筒上用的干电池，手机上用的锂电池，汽车上用的蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等，种类繁多。你知道化学电池是怎样分类的吗？
电源是能够实际应用的原电池。作为化学电源的电池有一次电池、可充电电池和燃料电池等。一次电池只能放电不能充电，使用后即弃去，因此可能造成环境污染。可充电电池也称为二次电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向。
课前素能奠基
新知预习
一、化学电池
化学电池是将_______能变成_____能的装置。
1．化学电池的分类：
化学
电
一次
二次
2．判断电池优劣的主要标准：
3．化学电池回收利用：废旧电池中含_________和酸碱等有害物质，应回收利用，既减少污染，又节约资源。
重金属
二、一次电池
一次电池的电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。一次电池不能充电，不能反复使用。
碱性锌锰电池与银锌电池比较
种类 特点 碱性锌锰电池 银锌电池
基本 构造 负极：_______ 负极：_______
正极：_________ 正极：_________
电解质：KOH 电解质：KOH
Zn
Zn
MnO2
Ag2O
种类 特点 碱性锌锰电池 银锌电池
工 作 原 理 负极 反应 _______________________________________ ______________________________________
正极 反应 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ _____________________________________
总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋ Zn(OH)2 Ag2O＋Zn＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
Zn＋2OH－－2e－===
Zn＋2OH－－2e－===
Zn(OH)2
Zn(OH)2
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag
＋2OH－
种类 特点 碱性锌锰电池 银锌电池
性能与适用范围 比能量和可储存时间比普通锌锰电池均有提高，适用于大电流和连续放电 比能量大，电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电
三、二次电池(铅蓄电池)
1．构造：
2．工作原理：
3．铅蓄电池的优缺点：
(1)优点：性能优良、价格低廉、安全可靠，可多次充放电；生产生活中使用广泛。
(2)缺点：比能量低，废弃电池污染环境。
四、燃料电池
1．定义：把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。
2．氢氧燃料电池的结构：
3．氢氧燃料电池的工作原理。
负极：_____失电子；正极：_____得电子；电解质溶液：___________________。
种类 酸性 碱性
负极 反应式 2H2－4e－===4H＋ _________________________
正极 反应式 ______________________ O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－
电池总 反应式 2H2＋O2=== 2H2O H2
O2
氢氧化钾或稀硫酸
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
4.优点：
(1)能量转化率高。(2)污染_____。
小
预习自测
1．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为硫酸，工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下面结论正确的是( )
A．Pb为正极，被氧化
B．负极的质量逐渐减轻
D．电解液密度不断减小
D
2．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。下列关于原电池和干电池的说法不正确的是( )
A．两者正极材料不同
B．MnO2的放电产物可能是KMnO4
C．两者负极反应式均为Zn失电子
D．原电池中Zn与稀硫酸存在自行消耗的现象
B
解析：锌—铜—硫酸原电池的正极材料是金属铜，锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，两者正极材料不同，故A正确；锌锰碱性干电池的正极材料是二氧化锰和碳粉，发生得电子的还原反应，元素的化合价应该降低，故B错误；锌—铜—硫酸原电池负极材料是金属锌，锌锰碱性干电池的负极材料是金属锌，两者负极上都是发生金属锌失电子的氧化反应，故C正确；锌—铜—硫酸可以构成原电池装置，金属锌和硫酸之间发生反应，Zn与稀硫酸存在自行消耗的现象，故D正确。
3．下列有关电池的说法错误的是( )
A．手机中用的锂离子电池属于二次电池
B．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
D．铅蓄电池使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
C
解析：手机中用的锂离子电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，属于二次电池，A正确；甲醇燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源，B正确；铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，电子沿外电路从负极锌流向正极铜，C错误；铅蓄电池使用一段时间后电解质硫酸消耗，酸性减弱，导电能力下降，D正确。
课堂素能探究
化学电源电极判断与电极反应式书写
知识点 1
问题探究：
1．充电电池充电时的反应和放电时的反应是否为可逆反应？
2．铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1 mol电子时，负极增重多少克？
知识归纳总结：
1．二次电池充电时的电极连接：
(1)充电时的连接方法——正正负负，即：
(2)充电电池电极反应式的关系——负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极，即：
2．化学电源中电极反应式的书写：
方法一：根据装置书写电极反应式。
①先分析装置图，确定原电池的正负极上的反应物质。
②书写电极反应式：
a．电解质是碱性或中性：O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－
b．电解质是酸性：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
③正负电极反应式相加得到电池的总反应方程式。
方法二：根据电池总反应式，写电极反应式。
①标价态，定正负→根据元素化合价的变化情况确定正负极。
②列物质→判断电极的反应物、产物。
③标得失→分析化合价的升降，找出得失电子数。
④看环境，配守恒→配平电荷、配平原子。
方法三：充电电池电极反应式的书写方法。
①先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。
②写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)
③在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。
④充电的电极反应与放电的电极反应过程相反。
工业生产中的二氧化碳过度排放加剧了地球的温室效应，某科技工作团队研究利用电化学将其转化为CO作为燃料再利用，转化的基本原理如图所示。
典例1
下列说法正确的是( )
A．M为电池负极，电池工作一段时间，M极附近溶液pH不变
B．N为电池正极，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－
C．穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向
D．电路中转移1 mol电子时，N极电解质溶液增重8 g
C
解析：根据图示，M极上水失电子放出氧气，M电极发生氧化反应，M为电池负极，负极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电池工作一段时间，M极附近溶液pH降低，故A错误；根据图示，N极上二氧化碳得电子生成一氧化碳，N电极发生还原反应，N为电池正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，故B错误；原电池中阳离子向正极移动，N是正极，穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向，故C正确；根据CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，电路中转移1 mol电子时，N极生成0.5 mol水，电解质溶液增重9 g，故D错误。
规律方法指导：
解答有关化学电源电极反应式书写试题的思维流程
科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
变式训练
D
形形色色的燃料电池
知识点 2
问题探究：
1．氢氧燃料电池如果用稀硫酸作电解质溶液，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将如何变化？溶液的pH将如何变化？
2．已知氢气可以在氯气中燃烧，根据燃料电池的原理，能否以该反应设计燃料电池？
探究提示：
1．减小。增大。反应过程中电解质不被消耗，但氢气和氧气反应生成水，使溶液变稀，pH增大。
2．能。氢气可以在氯气中发生自发的氧化还原反应。
知识归纳总结：
1．燃料电池的工作原理：
一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。
2．有机燃料电池电极反应式书写方法：
电池的负极一定是可燃物，有机燃料中各元素的化合价变化遵循一般化合价规则，燃料失电子发生氧化反应，电池的正极多为氧气得电子，发生还原反应，特别注意电解质溶液酸碱性不同的区别。可根据电荷守恒来配平电极反应式。
如乙醇碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法。
第一步：确定生成物。
第二步：确定价态的变化及转移电子数。
乙醇(C2H6O)中碳元素的化合价为－2，CO中碳元素的化合价为＋4，故1 mol乙醇完全反应失去2×[4－(－2)]＝12 (mol)电子。
第三步：列出表达式。
第四步：确定电极反应式中各物质的化学计量数。
由碳原子守恒确定CO的化学计量数为2，由电荷守恒确定OH－的化学计量数为16。
3．燃料电池的负极反应
(1)列变化。负极上燃料转化为燃烧产物。若电解质为碱性溶液，含碳或含硫燃料的燃烧产物还发生与碱溶液的反应。
4．常见的四种典型燃料电池：
名称 电解质 电极反应和总反应
氢氧 燃料 电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O
总反应：2H2＋O2===2H2O
H2SO4 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
负极：2H2－4e－===4H＋
总反应：2H2＋O2===2H2O
第16届海南国际车展上展出了中国研制的新型燃料电池汽车，该车装有“绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。某种质子交换膜燃料电池如图所示。下列说法正确的是( )
A．该电池的a极发生氧化反应
B．正极反应为O2＋4e－＋2H2O=== 4OH－
C．质子(H＋)通过质子交换膜移动到a电极
D．该燃料电池的能量转化率可达到100%
典例2
A
解析： 该电池的a极，氢气失电子生成氢离子，发生氧化反应，故A正确；电解质溶液呈酸性，产生的电极产物在电解质溶液中要能稳定存在，正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故B错误；在原电池中阳离子向正极移动，即氢离子通过质子交换膜移动到正极b，故C错误；电池中存在化学能转化为热能的能量转化，则化学能不可能100%转化为电能，故D错误。
用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极X作负极
B．当有0.001 mol CH3CH2OH反应，理论上有0.002 mol电子通过外电路
C．正极电极反应式是O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移
变式训练
B
解析：由图示可知，电极X上乙醇转化为乙酸，碳元素化合价升高，乙醇失电子，电极X负极，电极Y是正极。电极X为负极，A正确；每1 mol CH3CH2OH被氧化为CH3COOH，则有4 mol电子转移，故当有0.001 mol CH3CH2OH反应，理论上有0.004 mol电子通过外电路，B错误；正极氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C正确；D项，原电池中阳离子向正极移动，即H＋向正极迁移，质子通过交换膜从左往右迁移，D正确。
名师博客呈现
氢氧燃料电池中的电极反应
氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为H＋的反应，如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的H＋瞬间与溶液中大量存在的OH－结合生成水。因此，实际发生的电极反应为：
H2＋2OH－－2e－===2H2O
如果在酸性条件或中性条件下，电极反应为：
H2－2e－===2H＋
类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中氧元素被还原为－2价。通常情况下，－2价的氧原子在水溶液中不能独立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氢氧燃料电池中，－2价的氧原子则只能存在于水分子或OH－中。如果是酸性条件，还原产生的－2价的氧原子与周围的H＋结合生成水，电极反应为：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
如果反应条件为中性或碱性，－2价的氧原子主要存在于OH－中，因此电极反应为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
由此可见，书写电极反应式时，除了应该考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。
课堂达标验收
1．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是( )
A．图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出
B．图Ⅱ所示干电池中石墨作负极
C．图Ⅲ所示电池为二次电池
D．图Ⅳ所示电池中正极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B
解析：原电池工作时，电子从负极流出，图Ⅰ所示电池中，锌为负极，则电子从锌片流出，A正确；图Ⅱ所示干电池中石墨作正极、锌作负极，B错误；铅蓄电池对外供电时，铅作负极、二氧化铅作正极，当充电时，铅作阴极，二氧化铅作阳极，可反复使用，故图Ⅲ所示电池为二次电池，C正确；图Ⅳ所示电池为氢氧燃料电池，其中，氧气在正极得到电子发生还原反应，正极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D正确。
2．“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是( )
C
3．“绿水青山就是金山银山”，利用原电池原理治理各种污染是科研工作人员致力研究的重要课题之一。
(1)硫化氢是一种具有臭鸡蛋气味的有毒气体，我国最近在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。
①指出a极和b极的名称，并写出电极反应式。
②结合离子方程式分析H2S气体去除的原理。
(2)碳排放是影响气候变化的重要因素之一。最近，科学家开发出一种新系统，“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，生成电能和氢气，其工作原理如图所示。写出生成氢气的电极反应式和此电池的总化学方程式。
解析：(1)①从图示可以看出电子从a极出发，故a极为负极，电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋；b极为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
②除去H2S的过程涉及两个反应步骤，第一步Fe2＋在电极上发生反应Fe2＋－e－===Fe3＋；第二步，生成的铁离子氧化硫化氢生成硫单质，离子方程式为2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。(共54张PPT)
第四章 化学反应与电能
第二节 电解池
第1课时 电解原理
1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
1．从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动，培养宏观辨识与微观探析的能力。
2．建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，培养证据推理与模型认知能力。
课前素能奠基
课堂素能探究
课堂达标验收
新课情景呈现
名师博客呈现
新课情景呈现
1807年，当英国化学家戴维将铂电极插入到熔融的氢氧化钾中并接通直流电源时，奇迹发生了，在阴极附近产生一种银白色的金属，随即形成紫色的火焰。这就是发现钾元素的主要过程，当时在社会上引起轰动。这其中的奥妙是什么呢？电解时物质的变化是如何发生的呢？
电能与化学能之间的相互转化具有重要的实用价值。通过将电能转化为化学能，可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行，这对于化工生产、金属冶炼、实验室研究以及人们的日常生活都具有十分重要的意义。
电解是将电能转化为化学能的一种重要方法。下面就让我们一起探讨吧！
课前素能奠基
新知预习
一、电解CuCl2溶液
1．实验探究：
实验现象 实验结论
与负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层___________ _____________
与正极相连的石墨棒上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸_______ _____________
红色物质
析出金属铜
变蓝
产生了氯气
2.原理探究：
(1)氯化铜溶液中的电离过程有①___________________________，②_________________；溶液中存在的离子有_____________________，通电前，这些离子在溶液中作自由运动。
(2)通电时，在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即_______________趋向阳极，_______________趋向阴极。
(3)阳极电极反应式是_____________________，阴极电极反应式是____________________，总反应式是_________________________。
(4)结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的_______过程。
CuCl2===Cu2＋＋2Cl－
Cu2＋、Cl－、H＋、OH－
Cl－、OH－
Cu2＋、H＋
2Cl－－2e－===Cl2↑
Cu2＋＋2e－===Cu
电解
二、电解原理
1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起___________反应的过程。
2．电解池：
(1)定义。电解池是把_______转化为_________的装置。
(2)电解池的构成条件。
①有外接直流电源。
②有与电源相连的两个电极。其中与_______正极相连的叫_______，与电源负极相连的叫_______。
③电解质溶液或熔融电解质。
④形成闭合回路。
氧化还原
电能
化学能
电源
阳极
阴极
(3)电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。
(4)电子和离子移动方向。
电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。
离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
预习自测
1．下列关于电解池的叙述中不正确的是( )
A．与电源正极相连的是电解池的阴极
B．与电源负极相连的是电解池的阴极
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流向电解池的阴极
解析：在电解池中，与直流电源负极相连的电极为电解池的阴极，电解时电子从直流电源的负极沿导线流向电解池的阴极，阴极上发生还原反应，阳极上发生氧化反应。
A
2．如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。下列说法正确的是( )
A．a为阳极，b为阴极
B．a发生氧化反应，b发生还原反应
C．溶液中Na＋向b极移动
D．a极产生H2，b极产生O2
D
解析：电解Na2SO4溶液实际上是电解水，电解时发生的反应为：a(阴极)：4H＋＋4e－===2H2↑(还原反应)；b(阳极)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(氧化反应)，故A、B错误；溶液中阳离子(Na＋)移向阴极(a极)，C错误。
3．如下图所示装置中，属于电解池的是( )
解析：构成电解池时要有与外接直流电源相连的电极，A、B错误；两电极插入电解质溶液或熔融的电解质中，且要形成闭合回路，C项正确。
C
课堂素能探究
电解池中电极及电极产物的判断
知识点 1
问题探究：
1．在电解CuCl2溶液的过程中，闭合回路是如何形成的？
2．在氯化铜溶液中除了Cu2＋和Cl－之外还有H＋和OH－，这两种离子为什么没有得到或失去电子？
探究提示：
1．电解CuCl2溶液时，电子从电源负极流出，流向电解池的阴极，阴极附近的Cu2＋在阴极得电子被还原为铜，溶液中的阴阳离子定向移动，阳极附近的Cl－在阳极失电子被氧化为氯原子，氯原子两两结合形成氯气分子，失去的电子从阳极流回电源的正极，从而形成了闭合电路。
2．电解时，溶液中离子的放电先后顺序与离子的氧化性或还原性有关，氧化性强的阳离子先得电子被还原，还原性强的阴离子先失电子被氧化。Cu2＋比H＋更容易得电子，而Cl－比OH－更容易失电子，可从氧化性强弱的角度比较得电子的顺序，从还原性强弱的角度比较失电子的顺序。
知识归纳总结：
1．电解池的工作原理：
接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。
2．电解池的阴、阳极的判断方法：
3．电解时电极产物的判断：
用石墨电极完成下列电解实验。
典例1
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A．a为电解池的阴极
B．b处有氯气生成，且与水反应生成了盐酸和次氯酸
C．c处发生了反应：Fe－3e－===Fe3＋
D．d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C
解析：a处试纸变蓝，为阴极，生成OH－，电极方程式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A正确；b处变红，局部褪色，是因为Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HCl的酸性使溶液变红，HClO的漂白性使局部褪色，故B正确；Fe为c，阳极处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋，故C错误；d处试纸变蓝，为阴极，生成OH－，电极方程式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故D正确。
如图为用惰性电极电解CuCl2溶液的实验装置，则下列说法正确的是( )
A．a电极为负极
B．溶液中的Cu2＋向a极移动
C．电解一段时间后溶液的颜色会变浅
D．电极b上发生的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2
变式训练
解析：a极与电源正极相连为阳极，A项错误；溶液中的Cu2＋向b极移动，B项错误；阴极上Cu2＋放电生成铜单质，电解一段时间后溶液颜色变浅，C项正确；与电源负极相连的阴极上发生反应为Cu2＋＋2e－===Cu，D项错误。
C
电解规律及电解方程式书写
知识点 2
探究提示：
2．电解CuSO4溶液，阴极产物是Cu，阳极产生是O2，由于两电极通过电量相等，故生成Cu与O2的物质的量之比为2?1。
知识归纳总结：
1．解决电解问题的基本思路：
(1)哪些离子——通电前电解质溶液中含有的离子种类(包括水电离出的H＋和OH－)。
(2)谁优先放电——通电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析放电物质。
(3)分析电解结果——写电极反应式，结合要求分析，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。
2．电极反应规律
(1)阴极：无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子放电顺序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……
(2)阳极：溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。其放电顺序：活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。
3．做到“三看”，正确书写电极反应式：
(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定失电子(注：Fe生成Fe2＋)。
(2)二看介质，介质是否参与电极反应。
(3)三看是否有特殊信息(如题目信息)，若以铝为阳极，电解目的是制取氧化铝，则阳极产物不能是Al3＋。
4．电解池中方程式书写的3个关键点：
(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质一定要写成化学式。
(2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物，然后根据“阴(极)得(e－)阳(极)失(e－)”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。
(3)要确保两极得失电子数目相等，且总反应注明条件“电解”。
5．酸、碱、盐溶液电解规律(惰性电极)：
用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液：
(1)电解水型。
电解质 H2SO4 (含氧酸) NaOH (可溶性强碱) Na2SO4
(含氧酸强碱盐)
阳极反应式 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ pH变化 减小 增大 不变
复原加入物质 H2O (2)电解电解质型。
电解质 HCl(非含氧酸) CuCl2
(非含氧酸弱碱盐)
阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu
pH变化 增大
复原加入物质 HCl CuCl2
(3)电解质和水都发生电解型。
电解质 NaCl (非含氧酸强碱盐) CuSO4
(含氧酸弱碱盐)
阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ 2Cu2＋＋4e－===2Cu
pH变化 增大 减小
复原加入物质 HCl CuO或CuCO3
2020年新型冠状病毒肺炎疫情在世界范围内暴发。病毒对消毒剂敏感，75%酒精、双氧水等均可灭活病毒。科学家报告了一种直接电化学合成H2O2的方法，装置如图。下列叙述不正确的是( )
典例2
A
某化学兴趣小组利用如图装置在铁棒表面镀上一层铜，下列有关的判断正确的是( )
A．a为阳极、b为阴极
B．c为铁棒、d为铜棒
C．电子流向从b→d→c→a
D．溶液中Cu2＋向d极移动
变式训练
解析：由图示中电流从a端流出，a为电源正极，b为负极，A项错误；c为阳极，应是铜棒，d为阴极，应是铁棒，B项错误；电子不能通过溶液，C项错误；电解池中阳离子向阴极移动，所以溶液中Cu2＋向d极移动，D项正确。
D
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①电解池分阴、阳(极)，阳(极)氧化(反应)，阴(极)还原(反应)，电子由负(极)流回正(极)，阳(离子)向阴(极)，阴(离子)向阳(极)。
②阴离子放电顺序。
③阳离子放电顺序。
④
课堂达标验收
1．用惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合溶液，开始时阴极和阳极上分别析出的物质是( )
A．H2和Cl2 B．Cu和Cl2
C．H2和O2 D．Cu和O2
B
2．用石墨作电极完全电解含1 mol溶质X的溶液后，向溶液中加入一定量的物质Y能使电解液恢复到起始状态是( )
选项 X溶液 物质Y
A CuCl2 1 mol Cu(OH)2
B KOH 1 mol KOH
C Na2SO4 1 mol H2SO4
D AgNO3 0.5 mol Ag2O
D
解析：电解氯化铜，在两极上分别产生金属铜和氯气，电解质复原加入氯化铜即可，故A错误；电解氢氧化钾的实质是电解水，所以电解质复原加入水即可，故B错误；电解硫酸钠的实质是电解水，所以电解质复原加入水即可，故C错误；电解硝酸银两极上产生的是金属银和氧气，所以电解质复原加氧化银即可，电解含1 mol溶质硝酸银的溶液，会析出金属银1 mol，根据银元素守恒，所以加入0.5 mol Ag2O后即可复原，故D正确。
3．如图所示是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。
(1)a为_____极，b为_____极。
(2)c为_____极，d为_____极。
(3)电解过程中，_____电极质量增加，原因是_________________。
(4)电解过程中，氯离子浓度_______(填“增大”“减小”或“不变”)，c电极附近的现象是___________________。
正
负
阳
阴
d
Cu2＋＋2e－===Cu
减小
有黄绿色气体生成
解析：电流从电源的正极流出，因此a为电源正极，b为负极，则c为阳极，d为阴极。电解CuCl2溶液电极反应：阳极(c电极)2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极(d电极)Cu2＋＋2e－===Cu，Cl－失去电子生成氯气，c电极附近有黄绿色气体生成。
4．能源是人类生存和发展的重要支柱，化学在能源的
开发与利用方面起着十分重要的作用。某学习小组按如图所示装置探究化学能与电能的相互转化：
(1)甲池是_______________________________装置，通入O2的电极上的反应式为____________________________。乙池中SO移向_______电极(填“石墨”或“Ag”)。
(2)当甲池消耗标准状况下33.6 L O2时，电解质KOH的物质的量变化_________mol，乙池若要恢复电解前的状态则需要加入__________________________(填所加物质的质量及化学式)。
(3)丙池中发生的电解反应的离子方程式为__________________________________。
原电池(或化学能转化为电能)
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
石墨
1.5
240gCuO(或372gCuCO3)(共59张PPT)
第四章 化学反应与电能
第二节 电解池
第2课时 电解原理的应用
1．了解电解原理在工业生产中的应用。
2．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
1．通过对氯碱工业、电镀、电解精炼铜、电冶金等原理的分析，培养变化观念与平衡思想。
2．建立电解应用问题的分析思维模型，培养证据推理与模型认知的能力。
课前素能奠基
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电镀的妙用
电镀在工业上的应用已经遍及国民经济各个生产领域中，如机械制造、无线电通讯、交通运输及轻工业系统，这些工业系统中使用金属镀层的目的是多种多样的。其中应用最多的是为了防止金属制品及其组合件的腐蚀。例如，一辆解放牌载重汽车上，零部件的受镀面积可达10 m2左右，其主要目的是防止金属锈蚀。一些产品使用金属镀层则具有防护和装饰的双重目的，像自行车、钟表等。在一些特殊情况下，电镀金属层则是为了赋予制品一定的物理、机械性能，如增加金属表面反光能力、提高表面导电能力、增加抗磨损能力、提高金属的稳定性等。让我们走进教材，一起学习电解原理的应用。
课前素能奠基
新知预习
一、氯碱工业
1．概念：
用电解_________________的方法来制取____________________，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。
饱和氯化钠溶液
氢氧化钠、氢气和氯气
2．原理：
(1)阳极反应：__________________________ (_______反应)
(2)阴极反应：______________________________(_______反应)
(3)总反应：
①化学方程式：_________________________________________。
②离子方程式：________________________________________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
氧化
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
还原
二、电镀
1．概念：应用_______原理在某些金属表面镀上一薄层其他_______或合金的加工工艺。
2．目的：使金属增强_________能力，增加美观度和表面硬度。
3．实例(在铁件上镀铜)。
电解
金属
抗腐蚀
材料 电极反应式
阴极 _______ Cu2＋＋2e－===Cu
阳极 _______ Cu－2e－===Cu2＋
电解质溶液 ___________溶液 Cu
Fe
CuSO4
三、电解精炼铜
1．概念：粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。
电解池的构成是用_______作阳极，用_______作阴极，用_____________作电解质溶液。
2．原理：
粗铜中比铜活泼的金属_________等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属_________等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。
粗铜
纯铜
硫酸铜溶液
锌、铁
银、金
四、电冶金
1．金属冶炼的本质：使矿石中的___________获得电子变成金属单质的过程。如_____________________。
2．电冶金：电解是最强有力的氧化还原手段，适用于一些___________单质的制取，如冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属。
金属离子
Mn＋＋ne－===M
活泼金属
总方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 __________________________ ____________________________________________
冶炼镁 __________________________ ________________________________________________________
冶炼铝 __________________________ ______________________________________________
2Cl－－2e－===Cl2↑，2Na＋＋
2e－===2Na
2Cl－－2e－===Cl2↑，Mg2＋＋
2e－===Mg
6O2－－12e－===3O2↑，4Al3＋＋
12e－===4Al
预习自测
1．关于用惰性电极电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )
A．若在阴极附近的溶液中滴入石蕊试液，溶液呈无色
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
B
2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是( )
A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B．电解液的成分都保持不变
C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
解析：A项，电镀时镀件作阴极；B项，电解精炼铜时电解液成分改变；电解精炼铜时，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则阳极还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。
D
3．中学阶段介绍的应用电解法制备的金属主要有钠、镁、铝。下列关于这三种金属工业制备方法的说法正确的是( )
A．电解法制金属钠的阳极反应式：Na＋＋e－===Na
B．工业上电解氯化铝生产铝，阴极反应式：Al3＋＋3e－===Al
C．工业上电解氯化镁溶液生产镁，阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
D．金属钠的冶炼和氯碱工业都用到了NaCl，在电解时它们的阳极都是Cl－失电子
D
解析：电解法制金属钠时，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应式为Na＋＋e－===Na，A项错误；工业上电解熔融Al2O3生产铝，B项错误；工业上电解熔融氯化镁生产镁，C项错误。
课堂素能探究
电解原理的应用
知识点 1
问题探究：
1．氯碱工业中阴极产物是什么？
2．粗铜中含有锌、铁、镍、银金属杂质，在精炼铜的过程中，杂质金属为什么不在阴极析出？精炼铜的过程中溶液中Cu2＋的浓度是否有变化？
3．工业上冶炼镁为什么用MgCl2而不使用MgO
探究提示：
1．H2、NaOH。阴极消耗H＋，产生H2，同时生成NaOH。
2．因氧化性Cu2＋大于Fe2＋、Zn2＋、Ni2＋，故在阴极上Cu2＋得到电子析出单质铜，电解精炼铜时，溶液中Cu2＋的浓度减小。
3．MgO的熔点高，MgCl2的熔点低，若用MgO则消耗更多的能量。
知识归纳总结：
1．氯碱工业：
(1)装置图及原理解释。
当接通电源后，在电场的作用下，带负电荷的Cl－和OH－移向阳极，带正电荷的Na＋和H＋移向阴极，在这种条件下，电极上发生的反应分别为
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑
(2)电解饱和食盐水时的两注意。
①电解饱和食盐水的过程中，H＋在阴极上得电子而生成H2，因水电离产生的H＋与OH－数目相等，消耗了H＋后，使阴极区溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以阴极区溶液呈碱性。
②在氯碱工业中，采用了阳离子交换膜，阳离子交换膜将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaCl和NaClO而影响烧碱的质量。
2．电镀池与电解精炼池的区别与联系：
电镀池 电解精炼池
形成 条件 ①镀层金属作阳极接直流电源正极，镀件接直流电源负极，作阴极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③形成闭合回路 ①不纯金属作阳极，纯金属作阴极
②含该金属离子的可溶盐溶液作电解质溶液
③直流电源
④形成闭合回路
电极 反应 (以铁上镀锌为例) 阳极：Zn－2e－===Zn2＋ 阴极：Zn2＋＋2e－===Zn (以精炼铜为例)
阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋(主要)
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(精铜)
联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 提醒：电镀的特点是“一多、一少、一不变”：一多是指阴极上有镀层金属沉积，一少是指阳极上有镀层金属溶解，一不变是指电解质溶液的浓度不变。
3．电冶金：
(1)电解法用于冶炼较活泼的金属(如钠、钙、镁、铝等)。
(2)电解法冶炼较活泼金属，不能电解其盐溶液，因为金属离子的放电能力小于氢离子的放电能力，而应电解其熔融态化合物。
(3)电解法冶炼金属镁时，选择氯化镁，而不是氧化镁，是因为氧化镁的熔点高，耗能大。
(4)电解法冶炼金属铝时，选择氧化铝，而不是氯化铝，是因为氯化铝为共价化合物，熔融时不导电。
(5)电解法冶炼金属铝时，由于氧化铝熔点高，为了减少能耗，常加入冰晶石(Na3AlF6)，降低氧化铝的熔化温度。
实验室模拟工业制备高纯铁。用惰性电极电解FeSO4溶液制备高纯铁的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．阳极主要发生反应：Fe2＋＋2e－===Fe
B．向阴极附近滴加KSCN溶液，溶液变红
C．电解一段时间后，阴极附近pH减小
典例1
D
科研工作者利用如图所示装置除去废水中的尿素[CO(NH2)2]。下列说法错误的是( )
A．b为直流电源的负极
B．工作时，废水中NaCl的浓度保持不变
C．工作时，H＋由M极区通过质子交换膜移向N极区
D．若导线中通过6 mol电子，理论上生成1 mol N2
变式训练
B
解析：由图知，N极区生成H2，N极作阴极，故b为直流电源的负极，A项正确；工作时，阳极区的反应为6Cl－－6e－===3Cl2↑、3Cl2＋CO(NH2)2＋H2O===6Cl－＋6H＋＋CO2＋N2，因消耗水而使废水中NaCl的浓度增大，B项错误；工作时，H＋由M极区通过质子交换膜移向N极区，C项正确；由阳极区发生的反应知，若导线中通过6 mol电子，理论上生成1 mol N2，D项正确。
电解的有关计算
知识点 2
问题探究：
1．已知一个电子的电量是1.602×10－19C，用装置电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105C的电量时，生成NaOH的质量是多少？
2．把两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是多少？
2．54 mg。由得失电子守恒知，e－～OH－～H＋～Ag，所以n(Ag)＝n(H＋)。AgNO3溶液电解后产生酸，产生的H＋的物质的量可由pH差来计算：pH从6.0变为3.0，即c(H＋)≈10－3mol·L－1，所以n(Ag)＝n(H＋)＝10－3mol·L－1×0.5 L＝5×10－4mol，m(Ag)＝n(Ag)×M＝5×10－4mol×108 g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。
知识归纳总结：
1．三个计算原则：
(1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。
(2)串联电池中各电极上转移的电子数目相等。
(3)电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。
2．四种常见计算类型：
(1)两极产物的定量计算。
(2)溶液pH的计算[pH＝－lgc(H＋)]。
(3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定。
(4)根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。
3．三种常见计算方法：
4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2
如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。
典例2
试回答：
(1)电源中X极是_____(填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________________________。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后溶液中仍有Cl－，则电解后溶液的pH为_______。(Kw＝1.0×10－14)
负
0.025mol·L－1
13
A．原混合溶液中c(K＋)为0.1 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
变式训练
A
解析：电解硝酸钾和硝酸铜混合溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极上先铜离子放电生成铜单质：Cu2＋＋2e－===Cu，当铜离子完全析出时，氢离子放电生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，气体的物质的量是0.1 mol，每生成1 mol氧气转移4 mol电子，每生成1 mol氢气转移2 mol电子，每生成1 mol铜转移2 mol电子，所以根据转移电子守恒得铜的物质的量是0.1 mol，则铜离子的物质的量浓度＝0.1 mol/0.4 L＝0.25 mol·L－1，根据电荷守恒得钾离子浓度＝0.6 mol·L－1－0.25 mol·L－1×2＝0.1 mol·L－1，据此分析解答。
名师博客呈现
电解规律(惰性电极)
类型 电极反应特点 实例 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质溶
液复原
电解 水型 阴：4H＋＋4e－===2H2↑ 阳：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ NaOH 水 增大 增大 加水
H2SO4 水 增大 减小 加水
Na2SO4 水 增大 不变 加水
类型 电极反应特点 实例 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质溶
液复原
电解 电解 质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 HCl 电解质 减小 增大 通入HCl
气体
CuCl2 电解质 减小 — 加入CuCl2
固体
类型 电极反应特点 实例 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质溶
液复原
放H2 生碱型 阴极：H2O放H2生碱阳极：阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 增大 通入HCl气体
放O2 生酸型 阴极：阳离子放电 阳极：H2O放O2生酸 CuSO4 电解质和水 生成新电解质 减小 加入CuO
知识点睛
电解质溶液复原
(1)从元素角度分析，“缺什么，补什么”，如电解HCl溶液时产生H2、Cl2，需通入HCl气体即可复原，但并不能加入盐酸，因为盐酸除含HCl外，还含H2O。
(2)需要加入金属氧化物复原的，加入对应碳酸盐也可复原。如：用石墨作电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入氧化铜或碳酸铜即可复原，但不能加入氢氧化铜。
课堂达标验收
1．如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图。下列说法正确的是( )
A．从E口逸出的气体是Cl2
B．每生成22.4 L Cl2，同时产生2 mol NaOH
C．从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
C
解析：右边是阴极区，发生2H＋＋2e－===H2↑，所以从E口逸出的气体是H2，故A错误；每生成22.4 L Cl2，没有指明温度和压强，故B错误；阴极生成OH－，且Na＋向阴极移动，阴极区生成NaOH，为增强导电性，则从B口加入稀NaOH(增强导电性)的水溶液，故C正确；粗盐提纯所加试剂的顺序Na2CO3必须放在BaCl2的后面，故D错误。
2．下列叙述正确的是( )
A．电镀时，通常把待镀的金属制品作阳极
B．氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．氯碱工业是电解熔融的NaCl，在阳极能得到Cl2
D．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B
解析：电镀时，通常把待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，故A错误；氢氧燃料电池(酸性电解质)中O2通入正极，由于是酸性环境，故电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B正确；氯碱工业是电解饱和NaCl溶液，在阳极能得到Cl2，阴极得到氢气和氢氧化钠，故C错误；铁作阳极时，铁将放电生成Fe2＋，开始时阴极还能析出少量铝，后来就变成电镀铁了，同时用铁作阳极，阳极放电的是金属铁，电极被损耗，不符合生产实际，应用石墨作阳极，故D错误。
3．(1)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为___________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为__________________，电解过程中Li＋向_____电极迁移(填“A”或“B”)。
LiOH
2Cl－－2e－===Cl2↑
B
(2)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。图中a极要连接电源的_____(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是____，SO放电的电极反应式为__________________________，电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：___________________________________________________________________________________。
负
硫酸
正向移动，碱性增强(共58张PPT)
第四章 化学反应与电能
第三节 金属的腐蚀与防护
1．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。
2．了解防止金属腐蚀的措施。
1．通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，培养科学探究与创新意识。
2．通过认识金属腐蚀产生的危害和影响，培养科学态度和社会责任意识。
课前素能奠基
课堂素能探究
课堂达标验收
新课情景呈现
名师博客呈现
新课情景呈现
耸立于美国纽约港外一个海岛上15层楼高的自由女神铜像，历来被认为是美利坚合众国的象征。然而，经过近百年的风风雨雨，它和人一样，已经生“病”了。自由女神铜像近百年来一直受着一种“疾病”的折磨，那就是电化学腐蚀。“自由女神”的外壳材料是铜，而支撑整个雕像的内支架却是铁的，在它们之间仅用一层浸透油的毛毡隔开。随着时光的流逝，那一层毛毡失去了隔离作用，而大西洋夹带着盐分的潮湿空气不断地向自由女神进行攻击，无数的原电池便在“自由女神”的身上形成了。这种原电池以铁为负极，铜为正极，夹带盐分的湿空气正好在两极之间起着电解质溶液的作用，结果加速了铁的腐蚀。面对自由女神雕像的腐蚀问题，应采取什么措施和方法？
秦始皇兵马俑一号坑在沉寂了24年后，考古学者对它进行了第三次大规模发掘，同前两次一样，这一次也出土了大量的青铜器，其中有的青铜兵器在地下埋藏两千多年，但出土后依然光亮如新，锋利无比。这些兵器为什么会保存的完整无损呢？在生产生活中如何保护金属制品不受腐蚀呢？
课前素能奠基
新知预习
一、金属的电化学腐蚀
1．金属腐蚀：
2．化学腐蚀和电化学腐蚀：
3．钢铁的电化学腐蚀：
(1)实质。
(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
二、金属的电化学防护
正极
负极
负极
阴极
正极
阳极
三、金属的其他防护方法
1．加涂保护层：如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与___________等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。
2．改变金属的内部结构：如把铬、镍等金属加入普通钢中制成耐腐蚀的_________。
空气、水
不锈钢
预习自测
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A．钢铁析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C．海轮外壳焊接锌块是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
C
解析：钢铁的腐蚀主要是析氢腐蚀和吸氧腐蚀，由于所处的溶液酸碱性不同，因此二者的腐蚀速率不同，故A错误；Fe、Sn形成原电池时，Fe为负极，负极失电子被腐蚀，所以当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层不能对铁制品起保护作用，故B错误；Fe、Zn形成原电池时，Fe为正极，Zn为负极失电子，则Fe被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；Fe与正极相连作阳极，活性电极作阳极时，电极失电子被腐蚀，则地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀，故D错误。
2．以下现象与电化学腐蚀无关的是( )
A．生铁比纯铁容易生锈
B．银质物品久置表面变暗
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
B
解析：生铁中金属铁、碳、潮湿的空气能构成原电池，金属铁为负极，易被腐蚀而生锈，和电化学腐蚀有关，故A不符合题意；银质物品久置表面变暗是由于金属银和空气中的成分发生反应的结果，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，故B符合题意；铁质器件附有铜质配件，在接触处形成原电池，其中金属铁为负极，易生铁锈，和电化学腐蚀有关，故C不符合题意；黄铜(铜锌合金)制作的铜锣中，金属锌为负极，金属铜做正极，Cu被保护，不易腐蚀，和电化学腐蚀有关，故D不符合题意。
3．下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子而被还原
B．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
C．金属的化学腐蚀实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂
D．在潮湿环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀
C
解析：金属腐蚀的本质是金属原子失去电子而被氧化的过程，A错误；金属的化学腐蚀在酸性或碱性环境中均有可能进行，如金属铝的化学腐蚀可能在碱性条件下进行，B错误；金属的化学腐蚀实质是金属原子失去电子变为金属阳离子，可表示为M－ne－===Mn＋，电子由金属原子直接转移给氧化剂，C正确；在潮湿环境中，金属的电化学腐蚀主要以吸氧腐蚀为主，D错误。
课堂素能探究
金属的腐蚀
知识点 1
问题探究：
1．纯铁片放入稀硫酸中发生的是什么腐蚀？
2．在铁的表面镀上一层其他金属是常见的防止铁生锈的方法，常见的有镀锡(马口铁)和镀锌(白铁皮)，为什么镀层破损后，镀锌钢板(白铁皮)比镀锡钢板(马口铁)耐腐蚀？
探究提示：
1．纯铁片放入稀硫酸中发生反应：Fe＋H2SO4(稀)===FeSO4＋H2↑，发生的是化学腐蚀。
2．镀层破损后，白铁皮形成原电池，因锌比铁活泼，易失去电子，从而保护了铁；而马口铁破损后，因为形成原电池时，铁比锡活泼，铁被腐蚀。所以在镀层破损后，镀锌钢板比镀锡钢板耐腐蚀。
知识归纳总结：
1．金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的联系和区别：
化学腐蚀 电化学腐蚀 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 金属与干燥气体或非电解质液体等直接接触 水膜中溶有O2，酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强
本质 金属被氧化而腐蚀 较活泼金属被氧化而腐蚀 现象 无电流产生 有微弱电流产生 化学腐蚀 电化学腐蚀 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
反应式(以铁腐蚀为例) 2Fe＋3Cl2===2FeCl3 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋ 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋ 正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 正极： 4H＋＋4e－===2H2↑ 联系 两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大 2.金属的腐蚀类题目的解题思路：
(1)正确判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀。发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。
(2)如果是电化学腐蚀，判断出正、负极，较活泼的金属为负极被腐蚀，较不活泼的金属为正极被保护。
(3)正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。
(4)根据金属活动性顺序表分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀。金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。
3．金属腐蚀受多种因素影响
(1)就金属本性来说，金属越活泼，越易失电子被腐蚀。
(2)金属越纯越难腐蚀，如纯铁即使在酸性溶液中反应也很慢，但生铁在潮湿空气中就会发生腐蚀而生锈。
(3)介质对金属腐蚀的影响也很大，如金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都易被腐蚀。
如图所示装置，若开始时a、b两端液面相平，放置一段时间后，下列有关叙述中正确的是( )
A．铁丝在两处的腐蚀速率：a>b
B．a、b两端相同的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
C．一段时间后，a端液面高于b端液面
D．a处总反应为Fe＋2H2O===Fe(OH)2＋H2↑
典例1
C
解析：左边试管中，生铁发生吸氧腐蚀，右边试管中，生铁发生析氢腐蚀。A项，生铁发生析氢腐蚀的速率比吸氧腐蚀的速率大，错误；B项，a处负极上铁失电子，正极上氧气得电子，b处负极上铁失电子，正极上氢离子得电子，所以a、b两处相同的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；C项，a处发生吸氧腐蚀，b处发生析氢腐蚀，一段时间后，a处气体压强减小，b处气体压强增大，导致溶液从b处向a处移动，所以a处液面高于b处液面，正确；D项，a处发生吸氧腐蚀，其总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，错误。
下列说法不正确的是( )
A．钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀，所以合金都不耐腐蚀
B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，但人们可以利用原电池原理来减缓金属的腐蚀
C．钢铁电化学腐蚀两种类型主要区别在于水膜的酸性不同，正极反应不同
D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化
变式训练
解析：不锈钢和铝合金等耐腐蚀，A项错误；金属作原电池正极时被保护，B项正确；水膜酸性较强时，铁主要发生析氢腐蚀，水膜中性或弱酸性时发生吸氧腐蚀，C项正确；金属被腐蚀的实质是金属失电子，被氧化，D项正确。
A
金属的防护
知识点 2
问题探究：
1．为保护地下钢管不被腐蚀，可采取的电化学保护措施有哪些？
2．铁制品在潮湿的环境中和在干燥环境中哪种环境更易生锈？其原因是什么？
探究提示：
1．将钢管与锌板相连，或将钢管与直流电源负极相连。
2．潮湿环境中更易生锈；铁制品中含有杂质碳，在潮湿环境下的电解质溶液中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。
知识归纳总结：
1．常见金属的防护措施：
2．金属腐蚀快慢的判断方法：
(1)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动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，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。
(4)不同原理引起的腐蚀的速率：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。
(5)从防腐措施方面分析腐蚀的快慢：外加电流的保护法防腐<牺牲阳极的保护法防腐<有一般防护条件的防腐<无防护条件的防腐。
【易错提醒】 不要因为“阳极”“阴极”而把牺牲阳极的保护法的工作原理当作电解原理。
钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的三分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。
(1)在实际生产中，可在铁件的表面镀上锌保护层或锡保护层防止铁被腐蚀。镀层破损后，镀锡铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是_________。(填“镀锡铁”或“镀锌铁”)
典例2
镀锡铁
(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀_______。
BD
(3)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_____处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总离子反应方程式：_______________________________________。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_________________________________________，写出铁电极处的电极反应式：_____________________________。
N
牺牲阳极保护法(牺牲阳极的阴极保护法)
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：(1)铁比锡活泼，形成原电池反应时，铁为负极，锡为正极，镀层破损后，镀锡铁比镀锌铁更容易被腐蚀，而锌比铁活泼，形成原电池反应时，铁为正极，锌为负极，铁难以被氧化；
(2)形成原电池反应，铁为负极，碳为正极，为铁的吸氧腐蚀，故A错误；锌比铁活泼，铁为正极，被保护而难以腐蚀，故B正确；水中溶解氧气，铁可发生腐蚀，故C错误；铁连接电源负极，为阴极，被保护不易腐蚀，故D正确。故选BD；
据最近报道，中国生产的首艘国产航母已经下水。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是( )
A．方法1叫外加电流的保护法
B．方法2叫牺牲阳极的保护法
C．方法1中金属块可能是锌、锡和铜
D．方法2中舰体连接电源的负极
变式训练
D
解析：舰体上镶嵌活泼性比铁强的金属，如锌，该方法为牺牲阳极保护法，A、C错误；舰体与直流电源的负极相连，该法为外加电流保护法，B错，D正确，故选D。
名师博客呈现
补牙剂与原电池
常用的补牙剂中有一种汞合金，它含有几乎等质量的汞、银、锡、铜和锌。这种补牙剂十分坚固，耐腐蚀，不产生有毒物质或可溶性物质。但是，用了这种补牙剂的人可能会碰到一个麻烦，当他们享用口香糖或糖果时，如果补过的牙不小心咬到包装用的铝箔——啊！疼！
据牙科医生说，两颗坏牙上的补牙剂接触时也会产生疼痛。这是为什么呢？
补牙剂汞合金中含有组成大致为Ag2Hg3、Ag3Sn、SnxHg(x＝7～9)的物质，它们可能发生电极反应，如：
3Hg2＋＋2Ag＋6e－===Ag2Hg3
Sn2＋＋3Ag＋2e－===Ag3Sn
铝比汞合金中任何一种金属都活泼，可能发生的电极反应为：
Al－3e－===Al3＋
当铝与这种补牙剂接触时，唾液充当电解液，铝电极发生氧化反应成为负极，补牙剂中的合金发生还原反应成为正极，形成一个微电池。微电池产生的微电流刺激牙神经，就产生了疼痛感。
课堂达标验收
1．如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图。发现开始时U形管左端红墨水水柱下降，一段时间后U形管左端红墨水水柱又上升。下列说法中不正确的是( )
A．开始时发生的是析氢腐蚀
B．一段时间后发生的是吸氧腐蚀
C．两种腐蚀负极的电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋
D．析氢腐蚀的总反应式为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
D
解析：在酸性条件下发生析氢腐蚀：2H＋＋2e－===H2↑，产生的氢气使试管内压强增大，造成U形管左端红墨水水柱下降，A项正确；发生析氢腐蚀一段时间后，溶液中的c(H＋)逐渐减小，在酸性很弱或中性条件下则发生吸氧腐蚀：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，反应中消耗氧气使试管内压强减小，造成U形管左端红墨水水柱上升，B项正确；无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，负极都是铁失去电子，即Fe－2e－===Fe2＋，C项正确；析氢腐蚀，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑，总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，D项错误。
2．有关远洋轮船船壳腐蚀与防护叙述错误的是( )
A．可在船壳外刷油漆进行保护
B．可将船壳与电源的负极相连进行保护
C．可在船底安装锌块进行保护
D．在海上航行时，船壳主要发生析氢腐蚀
D
解析：在船壳外刷油漆可以防止金属和海水、空气接触，所以在船壳外刷油漆可以对船壳进行保护，故A正确；将船壳与电源的负极相连，即船壳为阴极，阴极材料不易被腐蚀，电解池的阴极金属被保护，故B正确；在船底安装锌块，形成原电池，金属锌是负极，被腐蚀，正极材料Fe被保护，故C正确；海水是中性环境，金属会发生吸氧腐蚀，即在海上航行时，船壳主要发生吸氧腐蚀，故D错误。
3．《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起了某研学小组的兴趣。“修旧如旧”是文物保护的主旨。
(1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3，俗称铜绿，可溶于酸。请写出铜绿与盐酸反应的化学方程式。
(2)继续查阅中国知网，了解到铜锈的成分非常复杂，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示：
Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于无害锈和有害锈，请解释原因。
(3)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀生成有害锈Cu2(OH)3Cl的原理示意图，
①写出在发生电化学腐蚀的过程中正极的电极反应式。
②若生成2.145 g Cu2(OH)3Cl，计算理论上消耗标准状况氧气体积。
③文献显示有害锈的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体)：
写出过程Ⅰ中负极的电极反应式。
(4)BTA保护法是青铜器的修复最常用的方法之一，原理如图所示：
请分析BTA保护法可能的优点。
答案：(1)Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋3H2O＋CO2↑
(2)结合图像可知，Cu2(OH)2CO3为致密结构，可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜，属于无害锈。Cu2(OH)3Cl为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈。
(3)①O2＋4e－＋2H2O===4OH－
②0.224 L
③Cu－e－＋Cl－===CuCl
(4)在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜；能够替换出锈层中的Cl－，能够高效除去有害锈；此法不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧”。
解析：(1)铜锈为碱式盐，与盐酸反应方程式为Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O。
(2)由图像分析可知，Cu2(OH)2CO3为致密结构，为
无害锈，Cu2(OH)3Cl为疏松结构，为有害锈。
①正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
②n[Cu2(OH)3Cl]＝2.145 g÷214.5 g·mol－1＝0.01 mol，根据转移电子相等可得n(O2)＝0.01 mol×2×2/4＝0.01 mol，故在标准状况体积为V＝0.01 mol×22.4 L·mol－1＝0.224 L。
③结合图示可知，过程Ⅰ中Cu作负极，电极反应式是Cu－e－＋Cl－===CuCl。
(4)由图示可知，BTA保护法是生成高聚物透明膜将产生的离子隔绝在外，替换出锈层中的Cl－，能高效去除有害锈，和酸浸法相比，不破坏无害锈，可以保护青铜器的艺术价值。(共27张PPT)
第四章 化学反应与电能
章末素能提升
专题归纳
真题体验
知识网络
知识网络
专题归纳
专题1 燃料电池电极反应式的书写
1.燃料电池的组成
(1)电极：惰性电极。
(2)燃料：包括H2、烃(如CH4)、醇(如C2H5OH)、肼(N2H4)等。
(3)电解质：酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；碱性电解质溶液，如NaOH溶液；熔融氧化物，如Y2O3；熔融碳酸盐，如K2CO3等。
2．书写燃料电池电极方程式的基本步骤
(1)第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。
如氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O；甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①＋②式得燃料电池总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)第二步：写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，一般为以下四种情况：
①酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
②碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(3)第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式(消去电子)。
故根据第一、二步写出的反应：电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。
专题2 氯碱工业生产中的离子交换膜
1.阳离子交换膜的作用
电解饱和食盐水是氯碱工业的基础，能制得氯气、氢气、氢氧化钠等重要的化工原料。电解过程中，在电场的作用下，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。由于在阳极氯离子失去电子生成氯气，若不采取措施，氢氧根离子会向阳极移动，从而与氯气发生反应，既减少了氯气的产量，又会使得到的氢氧化钠不纯。因此，必须阻止氢氧根离子向阳极移动。
目前，常用的隔膜有石棉隔膜和阳离子交换膜。石棉隔膜能阻止气体通过，但允许水分子及离子通过。由于氢氧根离子能透过隔膜，因此氯气会与氢氧根发生反应，导致制得的氢氧化钠不纯。阳离子交换膜只允许阳离子通过，而不允许阴离子及气体通过，也就是说，只允许钠离子通过，氯离子、氢氧根离子和氢气、氯气均不能通过。这样既可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气相混合，在一定条件下引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠作用生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。
2．原料的精制
(1)粗盐的成分：粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。
(2)杂质的危害：Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等金属离子在碱性环境中会产生沉淀，损坏离子交换膜，此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。
提示：除杂质时所加试剂的顺序要求是：a.Na2CO3必须在BaCl2之后；b.盐酸在过滤之后加入。
真题体验
1．(2022·海南省选择性考试)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
A
解析：由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2。A项，由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；增大工作电源的电压，反应速率会加快，反之，反应速率会减慢，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会改变，D错误。故选A。
2．(2022·全国乙卷)Li-O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
C
解析：充电时为电解池，由题目信息知，光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，电子通过外电路转移到锂电极发生反应Li＋＋e－===Li，光催化电极上发生反应Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2，总反应为Li2O2===2Li＋O2，因此充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，A、B项正确；放电时，阳离子移向正极，因此放电时，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C项错误；放电时，正极发生还原反应，其电极反应式为O2＋2e－＋2Li＋===Li2O2，D项正确。
3．(2022·辽宁省选择性考试)某储能电池原理如图。下列说法正确的是( )
A．放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋
B．放电时Cl－透过多孔活性炭电极向CCl4中迁移
C．放电时每转移1 mol电子，理论上CCl4吸收0.5 mol Cl2
D．充电过程中，NaCl溶液浓度增大
A
解析：放电时负极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应：Cl2＋2e－===2Cl－，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl－－2e－===Cl2，由此解析。A项，放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，故A正确；B项，放电时，阴离子移向负极，放电时Cl－透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；C项，放电时每转移1 mol电子，正极：Cl2＋2e－===2Cl－，理论上CCl4释放0.5 mol Cl2，故C错误；D项，充电过程中，阳极：2Cl－－2e－===Cl2，消耗氯离子，NaCl溶液浓度减小，故D错误。故选A。
A
5．(2022·山东卷改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋4OH－
D．若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时没有进行溶液转移
B
6．(2022·广东选择性考试)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3% NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是( )
A．加入AgNO3溶液产生沉淀
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN溶液无红色出现
D．加入K3(Fe(CN)6)溶液无蓝色沉淀生成
D
解析：若铁片被腐蚀，则溶液中含有Fe2＋，在溶液中加入K3Fe(CN)6溶液，反应生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀，D项正确；A项只能检验溶液中含有Cl－，B项只能检验溶液中无强氧化性物质，C项只能检验溶液中无Fe3＋，三者均不能说明铁片没有被腐蚀。
