第3节化学能转化为电能——电池
第1课时 原电池的工作原理、化学电源
[课标要求]
1．了解原电池的工作原理及其构成条件，了解常见的化学电源及其工作原理。
2．掌握电极反应和电池反应方程式的书写。
3．依据原电池的原理判断金属的活泼性强弱及设计原电池。
1．原电池负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。
2．原电池负极流出电子，正极流入电子。电解质溶液中阴离子移向负极，
阳离子移向正极。
3．原电池的构成条件：①两个活动性不同的电极；②有电解质溶液；③形
成闭合回路。
4．正极材料活泼性＜负极材料活泼性，正极通常具备特定的现象：有气体生
成、电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减小。
5．利用原电池原理可以加快某些氧化还原反应的速率。
6．化学电源分为一次电池、可充电电池(二次电池)和燃料电池。
设计实验将锌与CuSO4溶液的反应所释放的能量转化为电能，填写实验记录。
(1)实验装置
(2)实验现象
电流计指针
电极表面变化情况
Ⅰ
发生偏转
锌片质量减少，铜片质量增加
Ⅱ
发生偏转
锌片质量减少，铜片质量增加
(3)实验分析
Zn极
Cu极
电子流向
由Zn极流向Cu极
电子得失
Zn失电子
溶液中Cu2＋得电子
电极名称
负极
正极
能量转化
化学能转化为电能
(4)电极反应及电池反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋，
正极：Cu2＋＋2e－=== Cu，
电池反应：Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。
锌铜原电池装置如下：
[问题思考]
1．锌铜原电池中正、负极材料是什么？写出正、负极反应式。
提示：Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Cu作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
2．原电池装置中，盐桥中离子移动的方向是什么？
提示：盐桥中的Cl－移向负极(ZnSO4溶液)，K＋移向正极(CuSO4溶液)。
3．原电池装置中，盐桥的作用是什么？
提示：①形成闭合回路；②保持溶液中电荷守恒，使电池反应能持续发生。
1．原电池工作原理
(1)原理图示
(2)电极名称与反应类型
正极→还原反应；负极→氧化反应。
(3)电子流向：负极→正极。
(4)电流方向：正极→负极。
(5)离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极。
2．组成原电池的条件
(1)活动性不同的两块电极材料(金属和金属或金属和非金属)。
(2)电极均与电解质溶液接触。
(3)形成闭合电路。
3．原电池正负极的判断方法
(1)一般方法
(2)特殊情况
电极的正负除与金属的活动性有关外，还与电解质溶液有关。活泼金属一般作负极，但不是活泼金属一定作负极，如Mg－Al－H2SO4溶液构成的原电池中，Mg为负极，而在Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，因为Al可与NaOH溶液反应，而Mg不与NaOH溶液反应。
4．原电池中电极反应式和总反应式的书写
1．下列装置中，能构成原电池的是( )
解析：选D 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。
2．如下图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是( )
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn
C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y
D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
解析：选C 由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向就为Y→外电路→X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。
3．如图所示装置可构成原电池。试回答下列问题：
(1)电解质溶液为浓硝酸时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)。
a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为__________________________________。
b．若灯泡不亮，则理由为_____________________________________________。
(2)电解质溶液为NaOH溶液时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)。
a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为______________________；Al电极上发生的反应为________________________________________________________________________。
b．若灯泡不亮，则理由为______________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：灯泡是否亮取决于该装置中是否有电流通过，即该装置是否能构成原电池，若能构成原电池，则灯泡亮；否则，灯泡不亮。Mg－Al－浓硝酸构成的原电池中，Mg与浓硝酸反应，Al遇浓硝酸发生钝化，所以Mg电极为负极；但Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al与NaOH反应，Mg与NaOH不反应，所以Al电极为负极。
答案：(1)亮 Mg－2e－===Mg2＋
(2)亮 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－
1．电池分类及特点
电池
一次电池
可充电电池(二次电池)
燃料电池
特点
只能放电，不能充电
可反复充电和放电，充电时是一个电解池；放电时是一个原电池
能量利用率高，可连续使用，污染轻
2.一次电池——锌锰干电池
(1)酸性电池
负极(锌)反应：Zn－2e－===Zn2＋；
正极(石墨)反应：2NH＋2e－===2NH3＋H2。
(2)碱性电池
负极(锌)反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正极(石墨)反应：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－；
电池反应：Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2。
3．可充电电池——二次电池
(1)铅蓄电池
装置
放电
负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4
正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
充电
阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
总反应
Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
(2)二次电池工作原理
①二次电池放电时是原电池，而充电时是电解池；二次电池的充放电过程相反。
②当蓄电池充电时就是通以直流电，蓄电池的正极与外接直流电源的正极相连，作阳极；蓄电池的负极与外接直流电源的负极相连，作阴极。可简单记忆：负接负，正接正。
③充电时发生的电极反应和电池反应是放电时发生的反应的逆过程。
1．下列说法中，不正确的是( )
A．化学电池是将化学能转变成电能的装置
B．化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等
C．化学电池供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小，使用方便，易于维护
D．废旧电池可以随意丢弃
解析：选D 废旧电池中含有重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和人体健康危害很大，所以废旧电池应回收处理。
2．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2做电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋2e－===2NH3＋H2(NH3与Zn2＋络合)。
根据以上叙述判断下列结论不正确的是( )
A．Zn为正极，碳为负极
B．Zn为负极，碳为正极
C．工作时电流由碳极经外电路流向Zn极
D．长时间连续使用时内装糊状物可能流出，从而腐蚀用电器
解析：选A 由电极反应可知，发生氧化反应的为电源的负极，电子由锌极流出通过外电路流向碳棒，电流方向和电子移动方向相反。
3．下列关于铅蓄电池的说法正确的是( )
A．放电时，正极发生的反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4
B．放电时，该电池的负极材料是铅板
C．充电时，电池中硫酸的浓度不断变小
D．充电时，阳极发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SO
解析：选B A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生氧化反应。
1．结构图示
2．工作原理
通入可燃物(H2)的一极为电池的负极，通入O2的一极为电池的正极。
(1)酸性氢氧燃料电池(电解质为H2SO4)
负极反应：2H2－4e－===4H＋，
正极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，
电池反应：2H2＋O2===2H2O。
(2)碱性氢氧燃料电池(电解质为KOH)
负极反应：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，
正极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，
电池反应：2H2＋O2===2H2O。
3．电池特点
(1)能量转换率高，污染小。
(2)工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断进行反应，连续不断地提供电能。
[特别提醒] (1)燃料电池的两个电极与其他电池不同，电极材料本身不参与电极反应。
(2)酸性介质中的燃料电池(氧化剂为O2)的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
碱性介质中的燃料电池(氧化剂为O2)的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
1．用稀H2SO4作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应式如何书写？并写出总反应式。
提示：总反应式是甲烷燃烧的化学方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O，其中正极反应式为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，负极反应式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。
2．用KOH作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应式与“1”中相同吗？试分别写出两极的电极反应式。
提示：不相同；因为CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，故总反应式为CH4＋2O2＋
2OH－===CO＋3H2O，其中正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。
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或空气得电子，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
乙醇燃烧生成CO2和H2O，其中CO2与KOH溶液反应生成K2CO3和H2O，故生成物为CO和H2O。
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系数
由碳原子守恒确定CO的系数为2，
由电荷守恒确定OH－的系数为16。
(注：失去12个电子，相当于带12个单位正电荷)
再由氢原子守恒确定H2O的系数为11，
故负极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。
1．下图为氢氧燃料电池原理示意图，下列叙述不正确的是( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
解析：选B 从图中可看出a电极处进入的是H2，b电极处进入的是O2，该电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，故a电极处H2失e－被氧化，a为负极；b电极为正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故B项不正确。
2．在酸性溶液中甲烷与氧气作用生成水和二氧化碳。如果将电解质更换为KOH，则该电池负极发生的反应是( )
A．CH4－8e－＋8OH－===CO2＋6H2O
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：选C 如果将电解质更换为KOH，该燃料电池的总反应为CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，根据氧化还原反应类型判断出负极通入甲烷，正极通入氧气，B、D错。然后根据甲烷中碳元素的化合价变化：H4―→O，写出1 mol甲烷转移的电子数，最后根据各原子守恒，配平可得负极反应：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，A错。
1．加快化学反应速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。
2．比较金属的活动性强弱
对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。
3．设计原电池
(1)理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。
(2)外电路
(3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。
1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分
实验
现象
a极质量减小；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
解析：选C 由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a>b，对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性b>c，第三个装置的金属活动性d>c，由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d>a。
2．设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)
负极：________，电极反应：_________________________________________________；
正极：________，电极反应：_________________________________________________。
解析：分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属(石墨等)作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。
答案：见下图
Zn Zn－2e－===Zn2＋
Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
[三级训练·节节过关]
1．下列说法正确的是( )
A．构成原电池正极和负极的材料必须是金属
B．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
C．实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀硫酸反应
D．原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能
解析：选C 原电池也可以用石墨做电极，A错误。电子流出的一极是负极，负极发生氧化反应，B错误。粗锌中的杂质与锌及稀硫酸构成原电池，加快锌与稀硫酸的反应速率，C正确。原电池将化学能转化为电能，转化效率较高，但不能全部转化为电能，原电池工作时发热就是一部分能量转化为热能，D错误。
2．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===Zn2＋＋2e－
C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．Ag＋＋e－===Ag
解析：选D 题给原电池中，锌片为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋；铜片为正极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag。
3．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。其中一种镁电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，则镁电池放电时，下列说法错误的是( )
A．Mg2＋向正极迁移
B．正极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S
C．Mo3S4发生氧化反应
D．负极反应式为xMg－2xe－===xMg2＋
解析：选C 放电时，该电池作原电池，镁是还原剂，作原电池的负极，失去电子，电极反应式是xMg－2xe－===xMg2＋，D选项正确。Mo3S4在反应中是氧化剂，得到电子，发生还原反应，电极反应式是Mo3S4＋2xe－===Mo3S，B选项正确、C选项错误。原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，A选项正确。
4．氢氧燃料电池是将H2和O2分别通入电池，穿过浸入20%～40%的KOH溶液的多孔碳电极，其电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O,2H2O＋O2＋4e－===4OH－。则下列叙述正确的是( )
A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极
B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极
C．工作一段时间后电解质溶液的pH增大
D．工作时负极区附近pH增大
解析：选B 根据电池反应可知：H2在负极上发生氧化反应，在碱性条件下，其电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O，负极区OH－浓度降低。O2在正极上发生还原反应，氧原子得电子，生成－2价的氧，只能以OH－形式存在，其电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。由于反应生成H2O，导致c(OH－)减小，溶液的pH减小。
5．依据氧化还原反应2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：
(1)电极X的材料是________，电解质溶液Y是________________。
(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为_____________________。X电极上发生的电极反应为__________________________。
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。
解析：该原电池的电池反应为2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，由此可知X极是铜，作负极，银作正极，Y应是AgNO3溶液。电子从电池的负极经导线流向正极，即从铜电极流向银电极。
答案：(1)Cu AgNO3溶液 (2)正 Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋ (3)X(Cu) Ag
1．以下反应在理论上不能用于设计原电池的是( )
A．HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH<0
B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH<0
C．Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s) ΔH<0
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH<0
解析：选A 只有氧化还原反应才能设计成原电池。
2．如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是( )
解析：选B A中两电极相同，C中没有构成闭合回路，D中酒精是非电解质，都不符合原电池的构成条件，只有B符合条件。
3．一个原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该电池材料及电解质溶液可能是( )
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Zn
Cu
CuCl2
B
Cu
Zn
H2SO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Ag
Cu
CuSO4
解析：选C 原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，可得出其负极反应：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)，正极反应：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)，因此负极材料只能是Zn。正极为Cu2＋得电子还原成铜，电解质应为可溶性铜盐，正极材料为活泼性比Zn弱的Cu、Fe(或C、Pt)等。
4．如图所示的各装置中，在铜电极上不能产生气泡的是( )
解析：选B A项和C项装置中无外接电源，则构成原电池，铜电极均作正极，发生的电极反应均为2H＋＋2e－===H2↑，均放出H2。B项装置是电解池，铜电极作阳极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，铜电极上无气体生成。D项装置是电解池，铜电极作阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，有H2放出。
5．目前常见的燃料电池主要有四种，下面是这四种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是( )
解析：选C A中通空气的一极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－。B中通O2的一极为正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。C中通空气的一极为正极，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极，电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO。
6．某蓄电池放电、充电时的反应为
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该蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A．①②③ B．①②④
C．①③④ D．②③④
解析：选D 根据元素化合价变化，放电时Fe为负极，Ni2O3为正极，①错；充电时，阴极发生还原反应，②对；充电时，Ni(OH)2中Ni元素的化合价升高，因此Ni(OH)2为阳极，③对；因Fe、Ni2O3、Fe(OH)2、Ni(OH)2均可以与酸反应，因此该蓄电池的电极必须浸在碱性电解质溶液中，④对。
7．M、N、P、E四种金属，①M＋N2＋===N＋M2＋ ②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡 ③N、E用导线连接放入E的硫酸溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱顺序是( )
A．PMNE B．ENMP
C．PNME D．EPMN
解析：选A 由①知，活泼性M＞N，由②知，活泼性P＞M；由③知，N、E构成的原电池N作负极，活泼性N＞E。
8．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为2Ag＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是( )
A．Ag B．Zn(OH)2
C．Ag2O D．Zn
解析：选D 电池放电时其负极发生氧化反应，元素的化合价升高，即负极材料为Zn。
9．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C极质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是___________________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是_____________________________________________。
(3)装置丙中溶液的c(H＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_________________________________________。
解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性A>B；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性B>C；丙中A上有气体即产生H2，则A为正极，活动性D>A，随着H＋的消耗，c(H＋)减小。
答案：(1)A－2e－===A2＋ (2)Cu2＋＋2e－===Cu (3)变小 (4)D>A>B>C
10．某实验室备有如下实验用品：铁片、铜片、锌片、碳棒、FeCl3溶液、ZnCl2溶液、CuCl2溶液、NaCl溶液以及部分导线。
试回答下列问题：
(1)若选用铜片、碳棒、FeCl3溶液及导线，________(填“能”或“否”)构成原电池。
①若能，请画出其装置图。
判断该电池的正极材料是__________，负极材料是__________，正极反应为________________________________________________________________________，
负极反应为__________________________________________________________，
电池反应为______________________________________________________________。
②若不能，请说明原因：__________________________________________________。
(2)若选用铜片、铁片、NaCl溶液及导线并外加电流计，________(填“能”或“否”)组成原电池装置。
解析：在分析构成条件时，要特别注意三个因素：活泼程度不同的金属作电极(也可以是金属和导电非金属)；要有电解质溶液；要形成闭合电路。(1)、(2)中所涉及的装置均符合条件，能组成原电池。
答案：(1)能
碳棒 铜片 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)能
1．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )
A．正极附近的SO浓度逐渐增大
B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出
D．铜片上有H2逸出
解析：选D A项正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。SO向负极移动，正极附近SO的浓度减小；B项电子应从锌片(负极)经导线流向铜片(正极)；C项正极上有H2逸出。
2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
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．产生气泡的速度甲比乙慢
解析：选C 甲、乙中发生的反应均为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，故pH均增大；甲形成原电池，铜片是正极，表面有气泡产生；乙中Zn与稀硫酸反应，在Zn表面产生气泡，产生气泡的速度比甲慢。
3．某同学组装了如图所示的电化学装置。电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则( )
A．电流方向：电极Ⅳ→→电极Ⅰ
B．电极Ⅰ发生还原反应
C．电极Ⅱ逐渐溶解
D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
解析：选A 首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池，产生电流对右边硫酸铜溶液进行电解(相当于精炼铜)。电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，所以电流方向：电极Ⅳ→→电极Ⅰ，A正确。电极Ⅰ上铝失电子发生氧化反应，B错。电极Ⅱ上有铜析出，C错。电极Ⅲ的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，D错。
4．纽扣电池可用作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池的叙述不正确的是( )
A．使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极
B．使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极
C．正极的电极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应
解析：选B 由电池方程式可以看出，负极为Zn，正极为Ag2O，使用时电子由负极流向正极，A项正确，B项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，C项正确，D项也正确。
5．某可充电的锂离子电池LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li＋导电固体为电解质。放电时的电池反应为Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。下列说法正确的是( )
A．放电时，LiMn2O4发生氧化反应
B．放电时，正极反应为
Li＋＋LiMn2O4＋e－===Li2Mn2O4
C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应
D．充电时，阳极反应为Li＋＋e－===Li
解析：选B 根据电池反应可写出电极反应式为
负极：Li－e－===Li＋
正极：LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4
则充电时的电极反应式为
阴极：Li＋＋e－===Li
阳极：Li2Mn2O4－e－===LiMn2O4＋Li＋
可知B正确，D错误；放电时，LiMn2O4发生还原反应生成Li2Mn2O4，充电时，Li2Mn2O4发生氧化反应生成LiMn2O4，A、C均不正确。
6．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。下列有关说法正确的是( )
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2
D．H＋由a极通过固体电解质传递到b极
解析：选D 由电池总反应及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电池内部阳离子即H＋移向正极，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A项、B项错误，D项正确。C项没有指明标准状况，错误。
7．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是( )
A．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
解析：选B 该原电池负极反应为Al－3e－===Al3＋，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===
4OH－，工作时电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。
8．宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为2H2＋O2===2H2O，电解液为KOH溶液，为使生成的水蒸发，反应保持在较高温度下进行。下列说法正确的是( )
A．此电池能发出蓝色的火焰
B．H2在正极上发生电极反应
C．工作时电解液的pH不断减小
D．负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：选D 该燃料电池中H2和O2在两个电极上参加反应，并不发生燃烧反应，所以不能发出蓝色火焰，A项错误。H2在负极上发生氧化反应，B项错误。电解质KOH虽然参与了电极反应，但从电池总反应来看，溶液中OH－的总量保持不变，并且反应过程中生成的水不断地被蒸发出去，所以工作时电解液的pH不变，C项错误。
9．下图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为
2CH3OH＋3O2＋4NaOH===2Na2CO3＋6H2O
请回答下列问题：
(1)图中甲、乙两池的名称：甲池是________装置，乙池是________装置；
(2)下列电极的名称：通入CH3OH的电极名称是________，B(石墨)电极的名称是________；
(3)写出电极反应式：
①通入O2的电极的电极反应式是___________________________________________；
②A(石墨)电极的电极反应式为______________________________________________；
(4)乙池中反应的化学方程式为_______________________________________________；
(5)若反应结束后乙池中A(石墨)电极上共收集到气体0.050 mol，则甲池中理论上消耗O2________mL(标准状况下)。
解析：甲池是以CH3OH为燃料的燃料电池，乙池是以石墨为电极电解饱和食盐水的电解装置。根据电子守恒
O2～4e－～2H2
1 mol 2 mol
n(O2) 0.050 mol
n(O2)＝0.025 mol V(O2)＝0.56 L
答案：(1)原电池 电解池 (2)负极 阳极
(3)①O2＋2H2O＋4e－===4OH－
②2H＋＋2e－===H2↑
(4)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (5)560
10．如图所示，甲池中电池反应式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，已知B电极质量不变，C、D为石墨电极，乙池中为200 mL饱和NaCl溶液。
回答下列问题：
(1)A极为________极(填“正”或“负”)，电极材料为________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)。
(2)写出乙池的电极反应式：
阳极反应式为________________________________________________________；
阴极反应式为_________________________________________________________。
(3)A电极质量减少0.64 g时，此时乙池中电解液中c(OH－)＝________ mol·L－1(忽略反应过程中溶液体积的变化)，C电极上产生的气体在标准状况下的体积为________L。
解析：由题知，甲池为原电池，A为负极，电极材料为Cu；乙池为电解池，C为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，D为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
(3)A极有0.64 g Cu溶解时，转移0.02 mol电子，乙池中C极上生成0.01 mol Cl2，溶液中生成0.02 mol OH－。
答案：(1)负 铜 氧化
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
(3)0.1 0.224
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第2课时 金属的腐蚀与防护
[课标要求]
1．知道金属腐蚀的两种类型(化学腐蚀和电化学腐蚀)。
2．能够解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害。
3．知道防止金属腐蚀的常用方法。
1．金属腐蚀就是金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。
2．电化学腐蚀根据水膜酸度不同主要有吸氧腐蚀和析氢腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍。
3．吸氧腐蚀负极反应Fe－2e－===Fe2＋，正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－；析氢腐蚀负极反应Fe－2e－===Fe2＋，正极反应2H＋＋2e－===H2↑。
4．金属防护的常用方法有覆盖保护层、牺牲阳极保护法和阴极电保护法。
1．金属的腐蚀
(1)概念
金属的腐蚀是指金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。
(2)实质
金属腐蚀的实质是金属失电子被氧化的过程，用反应方程式表示(M代表金属元素)为
M－ne－===Mn＋。
(3)金属腐蚀的分类
由于金属接触的介质不同，发生腐蚀的情况也不同，一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，其中电化学腐蚀更为普遍，危害更大。
2．金属的电化学腐蚀
(1)概念
两种金属相接触且又同时暴露在潮湿空气里或与电解质溶液接触时，由于形成原电池而发生的腐蚀。
(2)实质
被腐蚀的金属成为原电池的负极而被氧化。
(3)原理(以铆有铁钉的铜板为例)
①吸氧腐蚀的原理
负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，
正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，
电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。
②析氢腐蚀的原理
负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，
正极反应：2H＋＋2e－===H2↑。
电池反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
实验1：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱和铁钉的变化，如图1。
实验2：向100 mL烧杯中加入约50 mL稀醋酸后，插入两个玻璃筒(无底)；将一个无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃筒中，如图2。
[问题思考]
1．图1实验导管中水柱和铁钉有什么变化？产生这种现象的原因是什么？
提示：导管中的水面上升，铁钉表面生锈；产生这种现象的原因是钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀。电极反应，负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，由于盛铁钉的具支试管中不断消耗O2而使具支试管中压强减小，从而引起水的倒吸。
2．图2实验碳棒表面有什么现象？产生这种现象的原因是什么？
提示：碳棒表面有气泡产生；原因是发生了析氢腐蚀，电极反应，负极：Fe－2e－===
Fe2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑。
3．化学腐蚀与电化学腐蚀的相同点和不同点是什么？
提示：相同点都是造成金属被氧化腐蚀。不同点是化学腐蚀是金属和氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生；电化学腐蚀是发生原电池反应，有电流产生。
1．金属化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
化学腐蚀
电化学腐蚀(主要)
吸氧腐蚀(主要)
析氢腐蚀
条件
金属直接发生化学反应
水膜中溶有O2，呈弱酸性或中性
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
区别
无电流产生
有微弱电流产生
反
应
式
2Fe＋3Cl2===2FeCl3
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·
xH2O)，反应为4Fe(OH)2＋O2＋
2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3
===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
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．金属腐蚀快慢的判断方法
(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理防护的腐蚀>应用电解池原理防护的腐蚀。
(2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液中的腐蚀>弱电解质溶液中的腐蚀>非电解质溶液中的腐蚀。
(3)对于活动性不同的两种金属，活动性差别越大，氧化还原反应速率越快，活动性强的金属腐蚀越快。
(4)对于同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快(钝化除外)。
(5)纯度越高的金属，腐蚀的速率越慢(纯金属几乎不被腐蚀)。
(6)不纯的金属或合金，在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
3．注意问题
(1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀
为主。
(2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。
(3)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。
1．下列关于金属腐蚀的说法中正确的是( )
A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程
B．化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程
C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈
D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生
解析：选D 金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水或其他腐蚀性物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，A错误；化学腐蚀指不纯金属发生化学反应而损耗的过程，不需要外加电流，B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，C错误。
2．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是( )
A．正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应：
4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
解析：选A 该图表示吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，铜板做正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，当形成Fe(OH)2后，还发生反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
3．下面各容器中盛有海水，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 铁在海水中的腐蚀属于电化学腐蚀，当铁与比它活泼性差的Sn相连时，Fe被腐蚀的速率增大[比①大]，与活泼性比其强的锌相连时，锌作负极，被腐蚀，铁被保护，其腐蚀的速率要比①小；④为电解装置，Fe为阳极，发生氧化反应，铁腐蚀的速率最快。
1．防护本质
阻止金属发生化学反应，基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属做原电池的负极。
2．防护方法
(1)加防护层：如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。
(2)电化学防护法
电化学
防护
牺牲阳极保护法
阴极电保护法
原理
原电池原理
电解原理
措施
被保护的金属作正极(阴极)，以一种活动性较强的金属作负极(阳极)
被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连上直流电源
应用
如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备
如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等
示意图
(3)其他方法
还可运用电化学方法将被保护金属接到外加电源的正极上，并使电压维持在该金属发生钝化作用的范围内使金属表面钝化，从而使内部金属得到保护。
1．下列防腐措施中，属于电化学保护法的是( )
A．用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜
B．在金属中加入一些铬或镍制成金属合金
C．在轮船的船壳水线以下部分，装上一定数量的锌锭
D．金属表面喷漆
解析：选C C项中的方法是牺牲阳极保护法，运用了原电池原理，属于电化学保护法。
2．相同材料的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是( )
解析：选C 在A中，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；在C中，铜镀层将铁球覆盖使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；在D中，酸雨提供电解质溶液，易形成原电池发生电化学腐蚀。
[三级训练·节节过关]
1．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是( )
①金属的腐蚀全部是氧化还原反应 ②金属的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 ③因为二氧化碳普遍存在，所以钢铁的电化学腐蚀以析氢腐蚀为主 ④无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，总是金属被氧化
A．①② B．②③
C．①④ D．①③④
解析：选C 金属腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，金属总是被氧化，金属的腐蚀全部是氧化还原反应，①、④正确，②错误；钢铁发生的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，③错误。综上所述，C项正确。
2．下列事实不能用电化学原理解释的是( )
A．轮船水线以下的船壳上装一定数量的锌块
B．铝片不用特殊方法保护
C．纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后反应速率增大
D．镀锌铁比镀锡铁耐用
解析：选B 选项A是通过构成ZnFe原电池，在船壳上加锌块作原电池的负极，从而保护正极铁不受腐蚀。选项B可形成氧化膜保护铝。选项C中由于发生Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附在锌表面构成了原电池，从而增大了反应速率。选项D中一旦金属镀层受损后，分别形成ZnFe原电池和FeSn原电池，前者Zn被腐蚀从而保护了铁，而后者Fe首先被腐蚀，所以镀锌铁比镀锡铁耐用。
3.如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液(呈酸性)，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
解析：选B a、b中生铁发生电化学腐蚀，碳作正极，铁作负极；a中NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，O2被消耗，试管内气体压强降低，b试管中盛装NH4Cl溶液，呈酸性，发生析氢腐蚀，产生H2，试管内气体压强增大，故红墨水柱两边的液面应左高右低。
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．铁遇冷浓硝酸表面被钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
解析：选B 钢管与电源正极连接，钢管作阳极，被腐蚀，A错；钢管与铜管露天堆放在一起，可形成原电池，钢管作负极被腐蚀，C错；铁被腐蚀的负极反应式为Fe－2e－===
Fe2＋，D错。
5.如图所示，水槽中的试管内有一枚铁钉，放置数天观察。
(1)铁钉逐渐生锈，铁钉的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________，发生__________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为__________________，正极为________________________________________________________________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈__________，发生________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)，电极反应：负极为__________________，正极为________________________________。
(4)若水槽中液体甲为水，液体乙为海水，则铁钉在________(填“甲”或“乙”)溶液中腐蚀的速率快。
解析：铁钉是铁合金，主要由铁和碳组成，接触电解质溶液，可构成原电池，此时发生的腐蚀属于电化学腐蚀。试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收，发生的是吸氧腐蚀，据此可写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内压强增大，生成气体，发生的是析氢腐蚀，据此可写出电极反应。对于同一金属来说，在电解质溶液中腐蚀的速率大于在水中腐蚀的速率。
答案：(1)电化学 (2)碱性、弱酸性或中性 吸氧
Fe－2e－===Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)较强的酸性 析氢 Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑ (4)乙
1．下列叙述不正确的是( )
A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍
B．钢铁在干燥的空气里不易被腐蚀
C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀
D．原电池外电路电子由负极流入正极
解析：选C 不纯的金属在潮湿的空气中容易发生电化学腐蚀，电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，A正确；干燥的空气中，不易发生原电池反应，钢铁不易被腐蚀，B正确；铝和铁形成原电池，铁作正极被保护，C错误；原电池负极发生氧化反应，失去电子时通过导线流向正极，D正确。
2．下列关于金属防护的方法不正确的是( )
A．对健身器材涂油漆以防止生锈
B．对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈
C．用牺牲锌块的方法来保护船身
D．在自行车的钢圈上镀上一层铬来防锈
解析：选B 某些工具的机械转动部位不易刷油漆，应涂油脂防锈，B不正确。
3．下列各装置中Fe的腐蚀速度最慢的是( )
解析：选A A选项，构成原电池，Fe为正极被保护；B选项，构成原电池，Fe为负极被腐蚀；C选项，构成原电池，Fe为负极，发生析氢腐蚀，Fe腐蚀较B快；D选项构成电解池，Fe为阳极，腐蚀最快。
4．埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，腐蚀最慢的是( )
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿疏松透气的土壤中
C．在干燥密不透气的土壤中
D．在含碳粒较多，潮湿的透气土壤中
解析：选C 铁在酸性、潮湿的空气环境下腐蚀速率较快，铁在含碳粒较多，潮湿透气土壤中，易构成原电池，铁作负极，加快腐蚀速率。
5．如图所示为钢铁的两种电化学腐蚀：
下列说法正确的是( )
A．碳表面发生氧化反应
B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeO
C．生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主
D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：选D 图①中有H2产生，为析氢腐蚀；图②中吸收氧气，为吸氧腐蚀。无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，均为钢铁里的铁和少量的碳与钢铁表面的电解质溶液薄膜构成的原电池所造成的电化学腐蚀，碳均作正极，发生还原反应，A项错误；钢铁被腐蚀的最终产物为水合氧化铁，B项错误；生活中钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主，C项错误；发生吸氧腐蚀时，正极为O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D项正确。
6．下列叙述错误的是( )
A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱
B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液
D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀
解析：选C A、B选项，都是原电池原理，铁做负极，使铁更易腐蚀；D是牺牲阳极的阴极保护法。
7．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
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
解析：选B 图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻， 选项A错误；图b中开关置于M时，Cu－Zn合金作负极，由M改置于N时，Cu－Zn合金作正极，腐蚀速率减小，选项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极上放出，选项C错误；图d中Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的氧化反应引起的，选项D错误。
7．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
解析：选A 水中的钢闸门连接电源的负极，为阴极，从而得以保护，A正确；金属护栏表面涂漆是隔绝金属护栏与空气接触，减缓金属护栏的腐蚀速率，B错；汽车底盘喷涂高分子膜也是隔绝与空气接触，C错误；地下钢管连接镁块，构成了原电池，属于牺牲阳极的保护法，D错。
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______________________
________________________________________________________________________。
(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________(填写字母序号)。
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
(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：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，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，则锌会失去电子而溶解，Fe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)负极：Fe－2e－===Fe2＋，
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)C (3)负
10．某研究小组对铁生锈进行研究。
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是__________________________。
②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________________________，正极电极反应式为____________________________。
③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是________________________。
④实验C中碱石灰的作用是__________________。
(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是__________________________，该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁丝生锈产生影响。
解析：铁内部一般含有碳，在铁发生电化学腐蚀时作正极，如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀；A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀，所以正极上反应的物质是氧气得到电子；水中往往溶有一定量的氧气，所以做实验前要先将水煮沸。
答案：(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
②吸氧腐蚀 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
③煮沸(或“除去氧气”) 隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”) ④吸收水蒸气(或“干燥”“保持试管内干燥环境”)
(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”“消耗了氧气”)使气体体积减小 不能
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 ②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 ③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极保护法 ④可将地下输油管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
A．①②③ B．②④
C．①③ D．①②③④
解析：选C ①纯银器在空气中不能形成原电池，主要发生化学腐蚀；②当镀层破损时，Sn－Fe可形成原电池，Fe作负极，腐蚀速率加快，不再起到保护作用；③Zn作负极(阳极)，Fe作正极(阴极)，从而保护Fe；④利用外加电流阴极保护法，输油管应该与直流电源的负极相连。
2．下列有关金属腐蚀的表述，正确的是( )
A．金属的腐蚀一定伴有电流产生
B．Fe在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易被腐蚀
C．发生电化学腐蚀时较活泼的金属总是做正极而被腐蚀
D．发生电化学腐蚀时都有能量的转变，且被腐蚀的金属总是失电子
解析：选D 金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，化学腐蚀是金属直接与氧化剂反应，电子直接转移给氧化剂，无电流产生；而电化学腐蚀是最普遍的金属腐蚀，其原理与原电池原理一致。Fe在干燥的氯气中不反应。发生腐蚀时，较活泼的金属做负极被氧化而腐蚀。
3．下列关于钢铁锈蚀的叙述中，不正确的是( )
A．钢铁锈蚀时，铁原子先失去电子成为Fe2＋，然后生成的Fe(OH)3部分脱水成为Fe3O4的水合物
B．镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀
C．铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O，为保护海轮的船壳，常在船壳上镶上锌块
D．酸雨使钢铁更容易发生析氢腐蚀
解析：选A 钢铁锈蚀时铁做负极，失电子生成Fe2＋，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，而后Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水成为氧化铁的水合物Fe2O3·xH2O，A项错误；铁比银活泼，镀银铁制品破损后形成的原电池中铁为负极，腐蚀加快，B项正确；锌比铁活泼，形成原电池时锌为负极被腐蚀，铁被保护，C项正确；酸性条件下易发生析氢腐蚀，D项正确。
4．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，下列说法正确的是( )
A．负极发生反应：Fe－3e－===Fe3＋
B．正极发生反应：2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
D．钢柱在水下的部分比在空气与水交界处的更容易被腐蚀
解析：选C 由原电池原理可知负极上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，A项错；正极上发生的反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B项错；由正负极电极反应可知，C项正确；在空气与水交界处O2浓度大，钢柱更容易被腐蚀，D项错。
5．下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是
M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．金属腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子都直接转移给氧化剂
C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D．在潮湿的中性环境中，金属发生的是电化学腐蚀
解析：选D 金属在潮湿的环境中易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀。金属腐蚀的本质都是金属失电子，即M－ne－===Mn＋，但电化学腐蚀过程中，电子经过外电路转移给氧化剂，并不是直接转移给氧化剂，所以A、B项不正确，D项正确。金属的化学腐蚀是金属直接接触到化学物质发生的腐蚀，并非都在酸性条件下进行，C项不正确。
6．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是( )
A．当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．将碱性溶液煮沸除去氧气后，碳钢腐蚀的速率会减缓
解析：选C 当pH<4时，酸性较强，碳钢主要发生析氢腐蚀，A正确；当pH>6时，是弱酸性和碱性，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B正确；当pH>14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；将碱性溶液煮沸除去氧气后，可以减少吸氧腐蚀，故可以使碳钢腐蚀的速率减缓，D正确。
7．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中的氧化剂是氧气和水
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：选A 反应①、②中消耗O2的量相等，两个反应中仅有O2作为氧化剂，故转移的电子数相等，A项正确；反应①中，H2O中的H、O两元素的化合价没有变，故不做氧化剂，B项错误；铜和钢构成原电池，钢的腐蚀速率加快，C项错误；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，故D项错误。
8．如下图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是( )
A．a中铁钉附近呈现红色
B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应
D．b中铝条附近有气泡产生
解析：选B a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，则负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应式为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，因此A、C项不正确。b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，则负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此B项正确，D项不正确。
9．钢铁工业是国家工业的基础，请回答下列钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式_______________。
(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是_________________________________________。
(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图。
①A电极对应的金属是________(写元素名称)，B电极的电极反应式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，简要说明原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)铁锈的成分是氧化铁和氢氧化铁，与盐酸反应生成FeCl3，FeCl3与Fe反应生成FeCl2，该反应属于化合反应。(2)铁被保护的装置：原电池中，铁做正极；电解池中，铁做阴极。(3)①电镀池中，镀层铜做阳极。②根据电极反应：阳极Cu－2e－===Cu2＋，阴极
Cu2＋＋2e－===Cu，可知两极相差5.12 g时阳极被氧化的铜和阴极析出的铜相等，即2.56 g，转移电子×2＝0.08 mol。③根据金属活动性：Zn>Fe>Cu，分析形成原电池后谁为负极可知原因。
答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2
(2)BD
(3)①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 ③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)
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课时跟踪检测（五） 原电池的工作原理、化学电源
1．以下反应在理论上不能用于设计原电池的是( )
A．HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH<0
B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH<0
C．Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s) ΔH<0
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH<0
解析：选A 只有氧化还原反应才能设计成原电池。
2．如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是( )
解析：选B A中两电极相同，C中没有构成闭合回路，D中酒精是非电解质，都不符合原电池的构成条件，只有B符合条件。
3．一个原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该电池材料及电解质溶液可能是( )
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Zn
Cu
CuCl2
B
Cu
Zn
H2SO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Ag
Cu
CuSO4
解析：选C 原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，可得出其负极反应：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)，正极反应：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)，因此负极材料只能是Zn。正极为Cu2＋得电子还原成铜，电解质应为可溶性铜盐，正极材料为活泼性比Zn弱的Cu、Fe(或C、Pt)等。
4．如图所示的各装置中，在铜电极上不能产生气泡的是( )
解析：选B A项和C项装置中无外接电源，则构成原电池，铜电极均作正极，发生的电极反应均为2H＋＋2e－===H2↑，均放出H2。B项装置是电解池，铜电极作阳极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，铜电极上无气体生成。D项装置是电解池，铜电极作阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，有H2放出。
5．目前常见的燃料电池主要有四种，下面是这四种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是( )
解析：选C A中通空气的一极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－。B中通O2的一极为正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。C中通空气的一极为正极，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极，电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO。
6．某蓄电池放电、充电时的反应为
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该蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A．①②③ B．①②④
C．①③④ D．②③④
解析：选D 根据元素化合价变化，放电时Fe为负极，Ni2O3为正极，①错；充电时，阴极发生还原反应，②对；充电时，Ni(OH)2中Ni元素的化合价升高，因此Ni(OH)2为阳极，③对；因Fe、Ni2O3、Fe(OH)2、Ni(OH)2均可以与酸反应，因此该蓄电池的电极必须浸在碱性电解质溶液中，④对。
7．M、N、P、E四种金属，①M＋N2＋===N＋M2＋ ②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡 ③N、E用导线连接放入E的硫酸溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱顺序是( )
A．PMNE B．ENMP
C．PNME D．EPMN
解析：选A 由①知，活泼性M＞N，由②知，活泼性P＞M；由③知，N、E构成的原电池N作负极，活泼性N＞E。
8．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为2Ag＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是( )
A．Ag B．Zn(OH)2
C．Ag2O D．Zn
解析：选D 电池放电时其负极发生氧化反应，元素的化合价升高，即负极材料
为Zn。
9．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C极质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是___________________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是_____________________________________________。
(3)装置丙中溶液的c(H＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_________________________________________。
解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性A>B；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性B>C；丙中A上有气体即产生H2，则A为正极，活动性D>A，随着H＋的消耗，c(H＋)减小。
答案：(1)A－2e－===A2＋ (2)Cu2＋＋2e－===Cu (3)变小 (4)D>A>B>C
10．某实验室备有如下实验用品：铁片、铜片、锌片、碳棒、FeCl3溶液、ZnCl2溶液、CuCl2溶液、NaCl溶液以及部分导线。
试回答下列问题：
(1)若选用铜片、碳棒、FeCl3溶液及导线，________(填“能”或“否”)构成原电池。
①若能，请画出其装置图。
判断该电池的正极材料是__________，负极材料是__________，正极反应为________________________________________________________________________，
负极反应为__________________________________________________________，
电池反应为______________________________________________________________。
②若不能，请说明原因：__________________________________________________。
(2)若选用铜片、铁片、NaCl溶液及导线并外加电流计，________(填“能”或“否”)组成原电池装置。
解析：在分析构成条件时，要特别注意三个因素：活泼程度不同的金属作电极(也可以是金属和导电非金属)；要有电解质溶液；要形成闭合电路。(1)、(2)中所涉及的装置均符合条件，能组成原电池。
答案：(1)能
碳棒 铜片 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)能
1．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )
A．正极附近的SO浓度逐渐增大
B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出
D．铜片上有H2逸出
解析：选D A项正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。SO向负极移动，正极附近SO的浓度减小；B项电子应从锌片(负极)经导线流向铜片(正极)；C项正极上有H2逸出。
2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
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．产生气泡的速度甲比乙慢
解析：选C 甲、乙中发生的反应均为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，故pH均增大；甲形成原电池，铜片是正极，表面有气泡产生；乙中Zn与稀硫酸反应，在Zn表面产生气泡，产生气泡的速度比甲慢。
3．某同学组装了如图所示的电化学装置。电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则( )
A．电流方向：电极Ⅳ→→电极Ⅰ
B．电极Ⅰ发生还原反应
C．电极Ⅱ逐渐溶解
D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
解析：选A 首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池，产生电流对右边硫酸铜溶液进行电解(相当于精炼铜)。电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，所以电流方向：电极Ⅳ→→电极Ⅰ，A正确。电极Ⅰ上铝失电子发生氧化反应，B错。电极Ⅱ上有铜析出，C错。电极Ⅲ的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，D错。
4．纽扣电池可用作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池的叙述不正确的是( )
A．使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极
B．使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极
C．正极的电极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应
解析：选B 由电池方程式可以看出，负极为Zn，正极为Ag2O，使用时电子由负极流向正极，A项正确，B项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，C项正确，D项也正确。
5．某可充电的锂离子电池LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li＋导电固体为电解质。放电时的电池反应为Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。下列说法正确的是( )
A．放电时，LiMn2O4发生氧化反应
B．放电时，正极反应为
Li＋＋LiMn2O4＋e－===Li2Mn2O4
C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应
D．充电时，阳极反应为Li＋＋e－===Li
解析：选B 根据电池反应可写出电极反应式为
负极：Li－e－===Li＋
正极：LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4
则充电时的电极反应式为
阴极：Li＋＋e－===Li
阳极：Li2Mn2O4－e－===LiMn2O4＋Li＋
可知B正确，D错误；放电时，LiMn2O4发生还原反应生成Li2Mn2O4，充电时，Li2Mn2O4发生氧化反应生成LiMn2O4，A、C均不正确。
6．某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。下列有关说法正确的是( )
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2
D．H＋由a极通过固体电解质传递到b极
解析：选D 由电池总反应及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电池内部阳离子即H＋移向正极，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A项、B项错误，D项正确。C项没有指明标准状况，错误。
7．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是( )
A．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
解析：选B 该原电池负极反应为Al－3e－===Al3＋，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===
4OH－，工作时电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。
8．宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为2H2＋O2===2H2O，电解液为KOH溶液，为使生成的水蒸发，反应保持在较高温度下进行。下列说法正确的是( )
A．此电池能发出蓝色的火焰
B．H2在正极上发生电极反应
C．工作时电解液的pH不断减小
D．负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：选D 该燃料电池中H2和O2在两个电极上参加反应，并不发生燃烧反应，所以不能发出蓝色火焰，A项错误。H2在负极上发生氧化反应，B项错误。电解质KOH虽然参与了电极反应，但从电池总反应来看，溶液中OH－的总量保持不变，并且反应过程中生成的水不断地被蒸发出去，所以工作时电解液的pH不变，C项错误。
9．下图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为
2CH3OH＋3O2＋4NaOH===2Na2CO3＋6H2O
请回答下列问题：
(1)图中甲、乙两池的名称：甲池是________装置，乙池是________装置；
(2)下列电极的名称：通入CH3OH的电极名称是________，B(石墨)电极的名称是________；
(3)写出电极反应式：
①通入O2的电极的电极反应式是___________________________________________；
②A(石墨)电极的电极反应式为______________________________________________；
(4)乙池中反应的化学方程式为_______________________________________________；
(5)若反应结束后乙池中A(石墨)电极上共收集到气体0.050 mol，则甲池中理论上消耗O2________mL(标准状况下)。
解析：甲池是以CH3OH为燃料的燃料电池，乙池是以石墨为电极电解饱和食盐水的电解装置。根据电子守恒
O2～4e－～2H2
1 mol 2 mol
n(O2) 0.050 mol
n(O2)＝0.025 mol V(O2)＝0.56 L
答案：(1)原电池 电解池 (2)负极 阳极
(3)①O2＋2H2O＋4e－===4OH－
②2H＋＋2e－===H2↑
(4)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (5)560
10．如图所示，甲池中电池反应式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，已知B电极质量不变，C、D为石墨电极，乙池中为200 mL饱和NaCl溶液。
回答下列问题：
(1)A极为________极(填“正”或“负”)，电极材料为________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)。
(2)写出乙池的电极反应式：
阳极反应式为________________________________________________________；
阴极反应式为_________________________________________________________。
(3)A电极质量减少0.64 g时，此时乙池中电解液中c(OH－)＝________ mol·L－1(忽略反应过程中溶液体积的变化)，C电极上产生的气体在标准状况下的体积为________L。
解析：由题知，甲池为原电池，A为负极，电极材料为Cu；乙池为电解池，C为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，D为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
(3)A极有0.64 g Cu溶解时，转移0.02 mol电子，乙池中C极上生成0.01 mol Cl2，溶液中生成0.02 mol OH－。
答案：(1)负 铜 氧化
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
(3)0.1 0.224
课时跟踪检测（六） 金属的腐蚀与防护
1．下列叙述不正确的是( )
A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍
B．钢铁在干燥的空气里不易被腐蚀
C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀
D．原电池外电路电子由负极流入正极
解析：选C 不纯的金属在潮湿的空气中容易发生电化学腐蚀，电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，A正确；干燥的空气中，不易发生原电池反应，钢铁不易被腐蚀，B正确；铝和铁形成原电池，铁作正极被保护，C错误；原电池负极发生氧化反应，失去电子时通过导线流向正极，D正确。
2．下列关于金属防护的方法不正确的是( )
A．对健身器材涂油漆以防止生锈
B．对某些工具的“机械转动部位”选用刷油漆的方法来防锈
C．用牺牲锌块的方法来保护船身
D．在自行车的钢圈上镀上一层铬来防锈
解析：选B 某些工具的机械转动部位不易刷油漆，应涂油脂防锈，B不正确。
3．下列各装置中Fe的腐蚀速度最慢的是( )
解析：选A A选项，构成原电池，Fe为正极被保护；B选项，构成原电池，Fe为负极被腐蚀；C选项，构成原电池，Fe为负极，发生析氢腐蚀，Fe腐蚀较B快；D选项构成电解池，Fe为阳极，腐蚀最快。
4．埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，腐蚀最慢的是( )
A．在含铁元素较多的酸性土壤中
B．在潮湿疏松透气的土壤中
C．在干燥密不透气的土壤中
D．在含碳粒较多，潮湿的透气土壤中
解析：选C 铁在酸性、潮湿的空气环境下腐蚀速率较快，铁在含碳粒较多，潮湿透气土壤中，易构成原电池，铁作负极，加快腐蚀速率。
5．如图所示为钢铁的两种电化学腐蚀：
下列说法正确的是( )
A．碳表面发生氧化反应
B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeO
C．生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主
D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：选D 图①中有H2产生，为析氢腐蚀；图②中吸收氧气，为吸氧腐蚀。无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，均为钢铁里的铁和少量的碳与钢铁表面的电解质溶液薄膜构成的原电池所造成的电化学腐蚀，碳均作正极，发生还原反应，A项错误；钢铁被腐蚀的最终产物为水合氧化铁，B项错误；生活中钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主，C项错误；发生吸氧腐蚀时，正极为O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D项
正确。
6．下列叙述错误的是( )
A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱
B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液
D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀
解析：选C A、B选项，都是原电池原理，铁做负极，使铁更易腐蚀；D是牺牲阳极的阴极保护法。
7．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
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
解析：选B 图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻， 选项A错误；图b中开关置于M时，Cu－Zn合金作负极，由M改置于N时，Cu－Zn合金作正极，腐蚀速率减小，选项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极上放出，选项C错误；图d中Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的氧化反应引起的，选项D错误。
8．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
解析：选A 水中的钢闸门连接电源的负极，为阴极，从而得以保护，A正确；金属护栏表面涂漆是隔绝金属护栏与空气接触，减缓金属护栏的腐蚀速率，B错；汽车底盘喷涂高分子膜也是隔绝与空气接触，C错误；地下钢管连接镁块，构成了原电池，属于牺牲阳极的保护法，D错。
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______________________
________________________________________________________________________。
(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________(填写字母序号)。
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
(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：(1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，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，则锌会失去电子而溶解，Fe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)负极：Fe－2e－===Fe2＋，
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)C (3)负
10．某研究小组对铁生锈进行研究。
(1)甲同学设计了A、B、C一组实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是：A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。
①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是__________________________。
②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________________________，正极电极反应式为____________________________。
③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是________________________。
④实验C中碱石灰的作用是__________________。
(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是__________________________，该实验________(填“能”或“不能”)说明水对铁丝生锈产生影响。
解析：铁内部一般含有碳，在铁发生电化学腐蚀时作正极，如果再有电解质溶液和氧气即可发生腐蚀；A中的铁钉发生的是吸氧腐蚀，所以正极上反应的物质是氧气得到电子；水中往往溶有一定量的氧气，所以做实验前要先将水煮沸。
答案：(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)
②吸氧腐蚀 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
③煮沸(或“除去氧气”) 隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”) ④吸收水蒸气(或“干燥”“保持试管内干燥环境”)
(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“氧气参与反应”“消耗了氧气”)使气体体积减小 不能
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 ②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 ③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极保护法 ④可将地下输油管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
A．①②③ B．②④
C．①③ D．①②③④
解析：选C ①纯银器在空气中不能形成原电池，主要发生化学腐蚀；②当镀层破损时，Sn－Fe可形成原电池，Fe作负极，腐蚀速率加快，不再起到保护作用；③Zn作负极(阳极)，Fe作正极(阴极)，从而保护Fe；④利用外加电流阴极保护法，输油管应该与直流电源的负极相连。
2．下列有关金属腐蚀的表述，正确的是( )
A．金属的腐蚀一定伴有电流产生
B．Fe在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易被腐蚀
C．发生电化学腐蚀时较活泼的金属总是做正极而被腐蚀
D．发生电化学腐蚀时都有能量的转变，且被腐蚀的金属总是失电子
解析：选D 金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，化学腐蚀是金属直接与氧化剂反应，电子直接转移给氧化剂，无电流产生；而电化学腐蚀是最普遍的金属腐蚀，其原理与原电池原理一致。Fe在干燥的氯气中不反应。发生腐蚀时，较活泼的金属做负极被氧化而腐蚀。
3．下列关于钢铁锈蚀的叙述中，不正确的是( )
A．钢铁锈蚀时，铁原子先失去电子成为Fe2＋，然后生成的Fe(OH)3部分脱水成为Fe3O4的水合物
B．镀银的铁制品，镀层部分受损后，露出的铁表面易被腐蚀
C．铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O，为保护海轮的船壳，常在船壳上镶上锌块
D．酸雨使钢铁更容易发生析氢腐蚀
解析：选A 钢铁锈蚀时铁做负极，失电子生成Fe2＋，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，而后Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水成为氧化铁的水合物Fe2O3·xH2O，A项错误；铁比银活泼，镀银铁制品破损后形成的原电池中铁为负极，腐蚀加快，B项正确；锌比铁活泼，形成原电池时锌为负极被腐蚀，铁被保护，C项正确；酸性条件下易发生析氢腐蚀，D项正确。
4．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，下列说法正确的是( )
A．负极发生反应：Fe－3e－===Fe3＋
B．正极发生反应：2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
D．钢柱在水下的部分比在空气与水交界处的更容易被腐蚀
解析：选C 由原电池原理可知负极上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，A项错；正极上发生的反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B项错；由正负极电极反应可知，C项正确；在空气与水交界处O2浓度大，钢柱更容易被腐蚀，D项错。
5．下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是
M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．金属腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子都直接转移给氧化剂
C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D．在潮湿的中性环境中，金属发生的是电化学腐蚀
解析：选D 金属在潮湿的环境中易发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种电化学腐蚀，主要发生吸氧腐蚀。金属腐蚀的本质都是金属失电子，即M－ne－===Mn＋，但电化学腐蚀过程中，电子经过外电路转移给氧化剂，并不是直接转移给氧化剂，所以A、B项不正确，D项正确。金属的化学腐蚀是金属直接接触到化学物质发生的腐蚀，并非都在酸性条件下进行，C项不正确。
6．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是( )
A．当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．将碱性溶液煮沸除去氧气后，碳钢腐蚀的速率会减缓
解析：选C 当pH<4时，酸性较强，碳钢主要发生析氢腐蚀，A正确；当pH>6时，是弱酸性和碱性，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B正确；当pH>14时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误；将碱性溶液煮沸除去氧气后，可以减少吸氧腐蚀，故可以使碳钢腐蚀的速率减缓，D正确。
7．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中的氧化剂是氧气和水
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：选A 反应①、②中消耗O2的量相等，两个反应中仅有O2作为氧化剂，故转移的电子数相等，A项正确；反应①中，H2O中的H、O两元素的化合价没有变，故不做氧化剂，B项错误；铜和钢构成原电池，钢的腐蚀速率加快，C项错误；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，故D项错误。
8．如下图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是( )
A．a中铁钉附近呈现红色
B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应
D．b中铝条附近有气泡产生
解析：选B a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，则负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应式为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，因此A、C项不正确。b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，则负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此B项正确，D项不正确。
9．钢铁工业是国家工业的基础，请回答下列钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式_______________。
(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是_________________________________________。
(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图。
①A电极对应的金属是________(写元素名称)，B电极的电极反应式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，简要说明原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)铁锈的成分是氧化铁和氢氧化铁，与盐酸反应生成FeCl3，FeCl3与Fe反应生成FeCl2，该反应属于化合反应。(2)铁被保护的装置：原电池中，铁做正极；电解池中，铁做阴极。(3)①电镀池中，镀层铜做阳极。②根据电极反应：阳极Cu－2e－===Cu2＋，阴极
Cu2＋＋2e－===Cu，可知两极相差5.12 g时阳极被氧化的铜和阴极析出的铜相等，即2.56 g，转移电子×2＝0.08 mol。③根据金属活动性：Zn>Fe>Cu，分析形成原电池后谁为负极可知原因。
答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2
(2)BD
(3)①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 ③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)
