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
1．在如图所示的水果电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是( )
A．锌 B．石墨
C．银 D．铜
解析：电流的方向与电子的移动方向相反，由已知条件知电子由Y电极流向X电极，因此Y电极的金属活动性强于铁，故Y电极只能为选项中的锌。
答案：A
2．实验室用铁片、铜片和AgNO3溶液组成原电池，则正极的电极反应式为( )
A．Fe－3e－===Fe3＋
B．Fe－2e－===Fe2＋
C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．Ag＋＋e－===Ag
解析：在此原电池中，铁片、铜片分别为负极和正极。总反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，正极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag，D项正确。
答案：D
3．下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是( )
A．铜离子在铜片表面被还原
B．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．铜是正极，铜片上有气泡产生
解析：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(电流的方向与之相反)，负极、正极的反应分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区CuSO4溶液中迁移，故A正确，B、C、D错误。
答案：A
4．100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是( )
A．加入适量6 mol·L－1的盐酸
B．加入几滴CuCl2溶液
C．加入适量蒸馏水
D．加入适量的NaCl溶液
解析：Zn置换出CuCl2中的Cu，Cu、Zn、稀盐酸构成原电池，加快了反应速率，同时也不影响产生H2的量。
答案：B
5．如图所示装置中，电流表A发生偏转，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的( )
A．a是Zn、b是Cu、c为稀H2SO4
B．a是Cu、b是Zn、c为稀H2SO4
C．a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液
D．a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液
解析：原电池工作时，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，说明b极失去电子是负极，a极上金属离子得电子是正极，电解质溶液中含有先于H＋放电的金属阳离子。
答案：D
6．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。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：原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐，常用硝酸银。电极反应式表示为：负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极出发，经外电路流向正极。
答案：(1)铜(或Cu) AgNO3溶液 (2)正 2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋
(3)负(Cu) 正(Ag)
(时间：40分钟 分值：100分)
一、选择题(本题包括6个小题，每小题8分，共48分。每小题只有一个选项符合题意)
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H2SO4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：构成原电池的电极材料可以是非金属如碳棒，所以A错。在原电池中电子流出的一极失电子被氧化，所以B错。粗锌中含有杂质可形成Zn－Cu原电池所以C对。能量转化率不可能达到100%，所以D错。
答案：C
2．下列各装置能形成原电池的是( )
解析：判断一个装置能否构成原电池，要看是否符合原电池的构成条件：①电极材料(活动性不同的金属、金属与非金属、金属与金属氧化物)；②电解质溶液；③构成闭合回路；④能自发进行的氧化还原反应。A装置：由于两个电极是同种金属，不能形成原电池；B装置：酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；C装置：没有形成闭合回路，不能形成原电池；D装置：符合原电池构成的条件，能形成原电池。
答案：D
3．如图所示的装置中，在
产生电流时，以下说法不正确的是( )
A．Fe是负极，C是正极
B．负极反应式为：Fe－3e－===Fe3＋
C．内电路中阴离子移向FeCl2溶液
D．电流由石墨电极流向Fe电极
解析：Fe与C作为原电池的电极，则Fe为负极，C是正极。Fe在负极发生氧化反应生成Fe2＋，因此B项错误，且左边烧杯中正电荷增加，必然使盐桥中的阴离子移向FeCl2溶液，电子由Fe电极流向石墨电极，则电流由石墨电极流向Fe电极。
答案：B
4．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：由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a>b，第二个装置依据氧化性、还原性的规律金属活动性b>c，故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。
答案：C
5．向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系如下所示，正确的是( )
解析： Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，反应速率较快，若向a中加入少量的CuSO4溶液，则有：Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，消耗一部分Zn，生成的Cu附于Zn上，又构成无数微小的Cu－Zn原电池，加快了Zn的反应速率，所以Zn与稀硫酸反应时，加入CuSO4则反应速率加快，应先反应完，但因Cu2＋消耗了一定量的Zn，生成H2的量要小于b。
答案：A
6．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )
A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2
B．两极上溶解和析出的物质的质量相等
C．锌片溶解了31 g，铜片上析出了1 g H2
D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了0.5 mol
解析：在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应式看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。
答案：A
二、非选择题(本题包括3个小题，共52分)
7．(18分)由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如下图所示。
(1)原电池的负极反应是________，正极反应是___________。
(2)电流的方向是________。
(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗________g锌，有________个电子通过了导线。
解析：由题意得产生0.075 mol H2，通过0.075 mol×2＝0.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)＝0.075 mol ×65 g·mol－1＝4.875 g，N(e－)＝0.15 mol×6.02×1023 mol－1＝9.03×1022。
答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)由Cu极流向Zn极 (3)4.875 9.03×1022
8．(16分)A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
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是__________________。
(2)装置乙中正极的电极反应是__________________。
(3)装置丙中溶液的pH________(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极质量增加，即析出Cu，则B为负极，活动性B>C；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活动性D>A，随着H＋的消耗，溶液pH逐渐变大。
答案：(1)A－2e－===A2＋ (2)Cu2＋＋2e－===Cu (3)变大 (4)D>A>B>C
9．(18分)为了避免锌片与Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置，按要求完成以下填空：
(1)此装置工作时，可以观察到的现象是______________，电池总反应式为_________________________________________。
(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成________，铜和铜盐溶液组成________，中间通过盐桥连接起来。
(3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO向________移动，硫酸铜溶液中SO向________移动。
(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过________移动来导电的。在工作时，K＋移向________。
解析：该装置为锌铜原电池，总反应式为：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，电池工作时，观察到①电流计指针发生偏转，②锌片不断溶解，③铜片上有红色物质析出，其中Zn与ZnSO4溶液组成锌半电池，Cu与CuSO4溶液组成铜半电池。电池工作时，ZnSO4溶液中SO向负极(锌电极)移动，CuSO4溶液中SO向盐桥移动，而盐桥中，K＋向正极区(CuSO4溶液)移动，Cl－向负极区(ZnSO4溶液)移动，这样靠离子的移动形成闭合回路而导电。
答案：(1)电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
(2)锌半电池 铜半电池 (3)锌电极 盐桥 (4)离子 正极区(CuSO4溶液)
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
第一单元第三节 化学能转化为电能——电池
第1课时 原电池的工作原理
【教学目标】
1.通过观察 “Cu-Zn（CuSO4溶液）”原电池装置产生电流过程中的系列现象（如：电流强度变化、电极表面现象、电解质溶液温度变化等），感受“氧化剂和还原剂直接接触”的原电池装置在实现能量转化的过程中存在效率问题，进一步体会能量间可以相互转化及转化过程中能量守恒。
2.通过观察“Cu-Zn（盐桥）”原电池装置特点及产生电流的实验现象，分析形成电流的微观过程，了解盐桥的作用，进一步了解“氧化剂和还原剂完全隔离”的原电池装置的反应原理。
3.能够根据电极材料、氧化还原反应原理判断电池正、负极，写出电极反应式和电池反应方程式。
4.能够根据具体的氧化还原反应，设计简单原电池装置。
5.经历“Cu-Zn（CuSO4溶液）”原电池装置到“Cu-Zn（盐桥）”原电池装置改进的分析过程，感受科学研究中发现问题、分析问题、解决问题的探究过程。
【教学过程】
一、原电池的工作原理环节一、组装Cu-Zn-CuSO4单液电池并进行实验。
设计目的：回忆原电池的构成条件、培养系统观察和描述实验现象的能力，引出单液原电池能量转化率低的问题。
【学生活动1】已知Zn(s)+Cu2+(aq) =Zn2+(aq) +Cu(s) △H<0，用以下药品和仪器组装原电池（如图2），记录实验现象（注意观察锌片表面、温度计读数和电流表的读数变化），写出电极反应方程式。
【学生实验1】实验目的：通过Cu-Zn-CuSO4原电池实验，发现单液原电池能量转化率低的问题。
实验药品和仪器： Zn片，Cu片，1mol/L CuSO4溶液，
灵敏电流表，导线，烧杯，胶头滴管，温度计。
实验装置图：（如图2）
【思考与交流1】
①构成原电池的条件是什么？
②写出正负极的电极反应方程式，并分析反应类型。
③请在实验装置图上画出外电路电子的流向方向，内电路阴阳离子的移动方向。
④请完整描述实验现象（讲解时强调海陆空、热量、电流表读数五方面描述）
⑤正负极接触同一电解质溶液的电池称为单液原电池。请结合实验现象分析单液电池效率低的原因，并尝试提出解决方案。
【小结1】①单液原电池电池效率不高的原因：Cu-Zn- CuSO4单液原电池，由于Zn片直接与CuSO4溶液接触发生置换反应，部分化学能直接转化为热能，导致电能损失；同时Zn片与表面析出的Cu形成原电池反应，导致部分电子不从导线通过，电流发生衰减，电池效率不高。
②设计高效率的原电池的关键点是：避免氧化剂和还原剂直接接触，把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行。
二、原电池的工作原理环节二、计双液原电池，从宏观角度认识盐桥的作用
【学生活动2】以Zn+Cu2+ = Zn2+ +Cu 反应为例，设计一个新的实验装置，把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，如图3。
【思考与交流2】
①图3的实验装置闭合开关后电流表指针会发生偏转吗？如果没有电流产生，是什么原因？
②学习小组讨论可以采用什么材料使图3连成通路？
【学生】实验方案1：用导线连接；
实验方案2：用电解质溶液连接。……
【教师】这里需要连通的是内电路，应该考虑形成离子通路，不考虑用导线连接，应该用电解质溶液连接。但是有什么方法可以将溶液固定呢？
【学生】可以用滤纸浸泡电解质溶液后连接两个烧杯，可以用U形管装电解质溶液后用棉花塞紧……
【学生实验2】学习小组同学讨论交流得出实验方案后，再进行实验探究，并及时记录实验现象。（实验时先不发放盐桥，提醒学生实验前用砂纸打磨两个电极）
【实验结果】用长滤纸浸泡NaCl溶液或者KCl溶液后，使滤纸两端分别与两杯溶液接触，电流表指针发生偏转。
【教师】在书本有更好的方法固定电解质溶液，我们称作盐桥——U形管内装着含琼胶的KCl饱和溶液。请阅读教材71页实验4-1，我们把这样的原电池叫做双液原电池。请动手实验，思考盐桥的作用是什么？电流表的读数有没有逐渐变小？
【学生实验3】按照实验4-1的实验装置进行实验。（给学生派发盐桥，提醒实验前用砂纸打磨两个电极）
【小结2】盐桥的作用之一：连通双液原电池的内电路。
三、原电池的工作原理环节三、从微观的角度深入认识盐桥的作用
【思考交流3】根据实验4-1，填写下表：
负极（Zn）
正极（Cu）
实验现象
电极方程式
溶液中离子浓度的变化
盐桥内离子移动的方向
【学生活动3】 根据思考与交流3的表格，4人学习小组动手摆弄卡纸模型，模拟双液原电池，指出原电池的正负极，画出电子流动方向和溶液内部离子移动的方向。
【学生】Zn片为负极，Cu片为正极，按照物理学知识，电子从负极流向正极。
因为左边烧杯发生的反应是Zn -2e- =Zn2+，ZnSO4溶液因为Zn2+的增加而带正电荷，因此盐桥内的Cl-移向ZnSO4溶液使溶液保持电中性，又因为右边烧杯发生的反应是Cu2+ +2 e- =Cu，CuSO4溶液因为Cu2+的减少、SO42-相对增加而带负电，因此盐桥内的K+移向CuSO4溶液使溶液保持电中性。
【小结3】盐桥的作用之二：通过阴阳离子的定向移动使溶液保持电中性，提供持续稳定的电流，这种作用称为“平衡电荷”的作用。
四、原电池的工作原理环节四、探究双液原电池的构成，并应用相应的思维程序去设计电流持续稳定的原电池。
【思考交流4】双液原电池（如图4），锌与锌盐溶液组成锌半电池，铜和铜盐溶液组成铜半电池。请思考：
①在锌半电池中，ZnSO4溶液可以用其他的电解质溶液代替吗？正极的Cu片可以用其他电极材料代替吗？
请根据实验室提供的电解质溶液和导体设计实验方案，
画出实验装置图。
②根据探究实验总结双液原电池的组成条件。
【学生活动4】学习小组模仿实验4-1的双液原电池，讨论实验方案，再进行实验探究。
【投影】实验目的：通过组装双液原电池实验，探究双液原电池的组成
实验药品及仪器：1mol/L ZnCl2溶液，1mol/L Zn(NO3)2溶液，1mol/L NaCl溶液，6mol/L NaOH溶液，1mol/L CuSO4溶液，石墨棒，铁棒，灵敏电流计，盐桥，烧杯，导线
【学生】可以用石墨、铁、银等比锌活动性弱的材料代替铜片作正极，可以用ZnCl2、Zn(NO3)2、 NaCl等不与锌片反应的盐溶液代替ZnSO4溶液。
【小结4】归纳双液原电池的构成条件：
①一般，金属活动性较强的导体作负极，金属活动性较弱（或石墨）的导体作正极；
②把氧化剂和还原剂分别置于不同的烧杯中；
③根据电极材料确定电解质溶液。为保证电极材料不与电解质溶液直接反应，一般情况电极和电极对应的盐溶液组成半电池。
④插入盐桥连成通路。
五、【小结】1、根据原电池总反应书写电极反应式的一般思路：
①标变价；②找物质（正极/负极反应物及其生成物）；③配电子，配离子；④查守恒（电荷守恒和原子守恒）。
根据自发的氧化还原反应设计双液原电池的一般思路：
①先写电极反应式；
②有金属(s)参加的反应，金属一般作负极，活动性较弱的金属或石墨等惰性材料作正极；
③电极材料与对应的盐溶液组成半电池；
④盐桥连成通路。
六、检测题
1. 以锌棒、铁棒、硫酸铜溶液组成原电池，正极上发生的反应为( )
A．Fe―→Fe2＋＋2e－ B．Cu2＋＋2e－―→Cu
C．Fe―→Fe3＋＋3e－ D．Zn―→Zn2＋＋2e－
2. 可以将反应Zn＋Br2===ZnBr2组成原电池。有下列四个电极反应：
①Br2＋2e－―→2Br－；②2Br－―→Br2＋2e－；
③Zn―→Zn2＋＋2e－；④Zn2＋＋2e－―→Zn。
负极和正极的反应式分别为( )
A．②③ B．②①
C．③① D．④①
3. 在如图所示的装置中，a的金属活泼性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是( )
A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子从a极流向b极
D．a极上发生了氧化反应
4. 关于如图所示的原电池，下列说法正确的是( )
A．电子从铜电极通过检流计流向锌电极
B．盐桥中的阳离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应
D．铜电极上发生的电极反应是2H＋＋2e－―→H2↑
5. 列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
6. 根据如图所示的装置回答下列问题：
(1)铁片与铜片不用导线连接，有何现象发生？写出反应的化学方程式。
(2)用导线把金属片连接起来，现象有什么不同？用最恰当的化学方程式表示发生的反应。
7. 将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有食盐溶液的滤纸上面并压紧(如右图所示)，在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：
金属
电流方向
电压/V
A
Cu―→A
＋0.78
B
B―→Cu
－0.15
C
Cu―→C
＋1.35
D
Cu―→D
＋0.30
已知：构成两电极的金属活动性相差越大，电压表读数越大。
请依据表中数据判断：
(1)________金属可能是最强的还原剂；
(2)________金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。
参考答案
1. 【解析】该原电池中，锌棒为负极，发生电极反应为Zn―→Zn2＋＋2e－；铁棒为正极，其电极反应为Cu2＋＋2e－―→Cu。
【答案】B
2. 【解析】Zn＋Br2===ZnBr2组成原电池，负极反应：Zn―→2e－＋Zn2＋，
正极反应：Br2＋2e－―→2Br－。
【答案】C
3. 【解析】本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。没有扎实的基础知识容易搞错，显然，电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活泼性a>b(碳棒)，所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：
a(负)极：a－ne－===an＋(氧化反应)
b(正)极：nH＋＋ne－===H2(还原反应)
由于正极放电消耗H＋，溶液中[H＋]减小，pH增大，在外电路中，电子由a极流出经电流计A流向b极。
【答案】B
4. 【解析】此原电池中锌为负极，铜为正极，原电池中，电子从负极流向正极，A项错误；原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B项正确；原电池负极失电子，发生氧化反应，正极得电子，发生还原反应，C项错误；铜电极上的电极反应为：Cu2＋＋2e－―→Cu。
【答案】B
5. 【解析】铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H＋获得由铁片传导过来的电子2H＋＋2e－===H2↑，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H＋＋2e－===H2↑反应，可观察到气泡放出速率加快。
【答案】C
6. 【解析】第(1)种情况，铜片不起作用，铁与H＋反应，但速率较小。铁片越纯，表面越光滑，反应速率越小。第(2)种情况，用导线连接后构成了原电池，正极产生氢气，所以气泡从铜片表面逸出。原电池的形成使电子得以顺利转移，且H＋在Cu表面得到电子并以H2逸出。这比铁表面容易得多，所以反应速率增大，氢气逸出速率增大，铁的溶解速率也增大。
【答案】(1)铁片与铜片不用导线连接，则铁片表面有气泡产生但速率较慢。Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。
(2)用导线连接后现象不同：①气泡不从铁片表面而是从铜片表面逸出；②产生氢气的速率明显加大。电极反应式：
负极：Fe―→Fe2＋＋2e－。
正极：2H＋＋2e－―→H2↑。
7. 【解析】 (1)两极金属活动性相差越大，电压表读数越大，表中四个原电池，电压数值绝对值C最大，且C中电子流动方向由C―→Cu，故C的还原性最强。
(2)B中电压为负值，证明电流方向应Cu←B，构成原电池后，Cu做负极。故B不会与CuSO4发生置换反应。
【答案】(1)C (2)B
课件45张PPT。第3节 化学能转化为电能——电池
第2课时 化学电源
1．下列电池工作时，O2在正极放电的是( )
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
解析：锌锰电池中，锌在负极放电，MnO2在正极放电，A项错误；氢燃料电池中，氢气在负极放电，氧气在正极放电，B项正确；铅蓄电池中，Pb在负极放电，PbO2在正极放电，C项错误；镍镉电池中，镉(Cd)在负极放电，NiOOH在正极放电，D项错误。
答案：B
2．一种充电电池放电时的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O; NiOOH＋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．NiOOH的还原
C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化
解析：放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。
答案：D
3．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：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。
答案：B
4．纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液。放电时两个电极反应分别为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列说法中，正确的是( )
A．锌是负极，氧化银是正极
B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应
C．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动
D．在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变
解析：由电极反应式可知Zn作负极，Ag2O作正极，A正确；锌发生氧化反应，Ag2O发生还原反应，B错误；溶液中的OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动，C错误；电池的总反应为：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，电解质溶液为KOH溶液，因电池放电过程中不断消耗水，使溶液中c(OH)－增大，D错误。
答案：A
5．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为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．SO只向PbO2处移动
D．电解质溶液的pH不断增大
解析：由题给电极反应式可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B不正确，D正确；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO和OH－)移向Pb极，所以C不正确。
答案：D
6．(1)根据氧化还原反应2H2＋O2===2H2O，设计成燃料电池，负极通入的气体应是________，正极通入的气体应是________。
(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：
电解质溶液
H2SO4溶液
KOH溶液
负极反应式
正极反应式
溶液的pH变化
(3)若把H2改为CH4，KOH作电解质，则正极反应式为________。
解析：(1)氢、氧燃料电池中通可燃性气体(H2)的一极为负极，通O2的一极为正极。
(2)若以H2SO4溶液作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。反应过程中生成水，溶液中c(H＋)减小，pH增大。若以KOH溶液作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。反应过程中生成水，溶液中c(OH－)减小，pH减小。
(3)若把H2改为CH4，KOH溶液作电解质溶液时其正极反应式不变。
答案：(1)H2 O2 (2)见下表 (3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－
电解质溶液
H2SO4溶液
KOH溶液
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===
4H2O
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－
溶液的pH变化
变大
变小
(时间：40分钟 分值：100分)
一、选择题(本题包括6个小题，每小题8分，共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1．电池在生产、生活中应用越来越广泛。下列说法错误的是( )
A．化学电源有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电
B．铅蓄电池应用广泛，主要优点是单位重量的电极材料释放的电能大
C．燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点
D．锂电池是一种高能电池，体积小、重量轻，比能量高
解析：A项，化学电源有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电反复使用，正确；B项，铅蓄电池应用广泛，主要优点是制作方便，但质量重，单位质量的电极材料释放的电能小，错误；C项，任何可燃性燃料，只要把燃料失去电子的氧化反应和助燃剂的还原反应分开进行，都可以设计成燃料电池，燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染小等优点，正日益成为备受人们喜爱的电池，正确；D项，锂的原子量为7，每产生1 mol电子，消耗金属的质量只有7 g，所以相同质量时提供的能量要比其他电池高得多。因此锂电池是一种高能电池，具有体积小、重量轻，比能量高的优点，正确。
答案：B
2．锂电池是新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应为：Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )
A．锂是正极，电极反应为：Li－e－===Li＋
B．锂是负极，电极反应为：Li－e－===Li＋
C．锂是负极，电极反应为：MnO2＋e－===MnO
D．锂是负极，电极反应为：Li－2e－===Li2＋
解析：在原电池中负极失去电子，被氧化，因此锂作为负极；锂位于ⅠA族，只能生成Li＋。
答案：B
3．某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是( )
A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变
C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O
D．消耗2.24 L H2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移
解析：在氢氧燃料电池中，H2在负极上反应：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；O2在正极上反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，其总反应式为：2H2＋O2===2H2O。工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变，但其浓度减小。消耗0.1 mol H2时，转移电子的物质的量为0.2 mol，D项错误。
答案：D
4．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是H2＋2NiOOH2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是( )
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被氧化
D．电池放电时，H2在负极放电
解析：根据电池反应可首先看出放电时，H2在负极被氧化，NiOOH在正极被还原，而充电时则是氢元素被还原，镍元素被氧化。
答案：D
5．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极
C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－
解析：通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH－，D项不正确。
答案：B
6．一种新型熔融盐燃料电池具有很高的发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为2CO＋O2===2CO2。则下列说法中正确的是( )
A．通CO的一极是电池的正极
B．负极发生的电极反应是O2＋2CO2＋4e－===2CO
C．负极发生的电极反应是CO＋CO－2e－===2CO2
D．正极发生氧化反应
解析：由电池反应2CO＋O2===2CO2可知，通CO的一极为电池负极，通O2的一极为电池正极，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，负极的电极反应为2CO＋2CO－4e－===4CO2，正极的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO。
答案：C
二、非选择题(本题包括3个小题，共52分)
7．(16分)镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应如下：
请回答下列问题：
(1)上述反应式中左边物质的总能量________ (填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。
(2)放电时负极发生反应的物质是________，放电时正极的反应式为___________________。
(3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是
______________________________________________________。
解析：(1)原电池放电过程中将化学能转化为电能，即反应物总能量大于生成物总能量。
(2)根据总反应式可知放电时：负极(Cd)反应式：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，
正极(NiOOH)反应式：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。
(3)废旧电池中的镍、镉等重金属离子对环境造成污染。
答案：(1)大于 (2)Cd NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ (3)防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染
8．(18分)镍镉可充电电池，电极材料是Cd和NiO(OH)，电解质溶液是KOH溶液。放电时电极反应式为：
负极：Cd＋2OH－－2e－―→Cd(OH)2；
正极：2H2O＋2NiOOH＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。
请回答下列问题：
(1)当电池放电时，该电池的电池反应为________________
_____________________________________________________；此时，电池负极周围
溶液的pH会不断________(填“增大”或“减小”)。
(2)电池充电时，________元素被还原，________元素被氧化，阳极反应式可表示为_____________________________________。
(3)电池放电时，当有3.6 g水参加反应，电池中所转移的电子数目为________，同时有________g Cd参加反应。
解析：(1)将正极和负极的电极反应式合并即得放电时的电池反应：Cd＋2H2O＋2NiOOH===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，负极消耗OH－使溶液的pH减小。(2)电池充电时的电极反应恰好与放电相反，即Cd元素被还原，Ni元素被氧化，其阳极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－ －2e－===2H2O＋2NiO(OH)。(3)根据关系式Cd～2H2O～2 mol e－，可确定3.6 g水参加反应时转移0.2 mol e－，此时消耗的Cd为0.1 mol，即11.2 g.
答案：(1)Cd＋2H2O＋2NiOOH===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2 减小
(2)Cd Ni 2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
(3)0.2NA 11.2
9．(18分) 科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：__________。
(2)此电池的正极发生的电极反应式：_________________，负极发生的电极反应式：________________________________。
(3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。
(4)使用该燃料电池的另一个好处是_____________________。
解析：(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池反应减去正极反应即可得出负极的电极反应式。
(3)H＋移向正极，在正极生成水。
(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。
答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
(3)正 负极 (4)对环境无污染
第3节 化学能转化为电能——电池
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)
第一单元第三节 化学能转化为电能——电池
第2课时
【教学目标】
（一）知识与技能
1.了解生活中常见的电池及它们各自的特点和应用。
2.了解常见电池的工作原理，初步学会电池正负极的判断方法，初步学会简易电池的制作。
3.了解电池在处理上存在的问题及电池应用的前景。
（二）过程与方法
1.通过学生自己制作水果电池，培养学生动手操作能力及学以致远的思想。
2.通过学生自己解剖一节干电池来帮助学生认识干电池的构造及工作原理，激发学生学习的热情，提高他们的课堂参与度。
3.通过以电动车用的铅蓄电池实物展示，化抽象为具体，提高学生的兴趣和注意力。
（三）情感态度与价值观
1.课前让学生查阅资料了解化学电源发展史，讨论电池的功与过。并结合实际谈谈生活中如何减少电池造成的污染，来培养学生热爱科学的品质和环保意识，理解科学技术对人类发展的重要性。
2.利用课堂内学习探究与课堂外调查相互结合的方式，使学生用辩证的思想分析科学对人类的双重影响，形成较为客观、正确的能源观，培养了学生查阅资料，利用文献的科学探究能力。
【教学过程】
一、教学障碍点分析
1.学生通过必修2 “发展中的化学电源”，应已了解几种常见的化学电源（干电池、充电电池和燃料电池）在社会生产中的应用，初步认识化学电源的工作原理与分类，以及认识化学电源可能引起的环境问题。选修4“化学电源”增加的内容主要是判断电池的优劣标准及部分化学电源的电池反应。对于化学电源教学而言，除了认识它们的用途和可能引起的环境问题外，还可以发展什么认识？必修与选修中有关化学电源教学的关键差别在哪里？
2. 原电池是高中化学的重点，也是高考的热点。而电极反应属于氧化还原反应的半反应，故又是高中化学的一个难点。在平常练习、模拟考试或者是高考中，经常会遇到一些在教材中没有出现的陌生电池，书写电极反应方程式时就会遇到障碍，要么无从下手，要么费时费力。
二、教学设计
环节１：评价生活中的常见化学电源
【设计意图】：由于学生已经学习了化学电源在生活中的应用，因此可以根据已有知识与生活经验明确判断一种电池优劣的标准，并由此建立本节课的学习心向：关注化学电源的性能与设计，以及如何改进化学电源以优化其性能，从而更好地满足生产、生活的需要。
【教学设计】学生汇报自己常用的化学电源，根据使用电池的经验，提出从哪些指标判断一种电池的优劣。通过讨论总结出通常情况下，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储能时间长是大家期待的好性能电池。
表2 锂电池与碱性锌锰电池和普通锌锰电池比较
电池体系
电压/V
比能量
工作温度范围/℃
可储存时间（20℃）/年
(W·h)/kg
(W·h)/L
锂电池
3.7
420
800
-55~+70
10
碱性锌锰电池
1.5
84
210
-20~+70
3
普通锌锰电池
1.5
55
150
-10~+50
1~2
性能比较
环节２：分析常见化学电源电池反应，了解其装置与性能。
【设计意图】：尽管碱性锌锰电池和铅蓄电池等的电池反应比较复杂，不要求学生记忆，但对于给定的这些反应，学生可以分析负极发生了什么反应，正极又发生了什么反应。这些教学活动的目的是促进学生对原电池原理的理解。本环节的认知学习任务是 “分析”常见化学电源电池反应，而不是简单的 “了解”，从而避免科普式教学。同时，对这些化学电源装置的了解，也不是要学生记住电池是如何构造的，而是引导学生认识到化学电源是通过一定工艺设计而成的。
【教学设计】学生分析碱性锌锰电池、铅蓄电池等常见化学电源的正、负极电极反应，以及电池总反应，认识化学电源的关键是利用自发氧化还原反应。了解这些电池的装置，如为了避免彼此接触而短路，正、负极板之间要用隔板等工艺设计，分析这些化学电源的优缺点。
1．锌银电池——一次电池
总反应式：Zn＋ Ag2O＋H2O=== Zn(OH)2 + 2Ag
负极反应： ；
正极反应： 。
2．碱性锌锰干电池—— 一次电池
总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
负极反应： ：
正极反应： 。
3．二次电池(可充电电池) 铅蓄电池是最常见的二次电池
放电时的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
负极反应：____________________________________ ；
正极反应：____________________________________。
例：铅蓄电池的总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O，书写放电电极反应
负极：（根据总的氧化还原反应）
第一步：电极反应左边写Pb，右边写PbSO4（金属铅变成Pb2+，遇到电解质溶液中的SO42-生成难溶的PbSO4），并且要把+1价氢-2价氧之外的元素配平，因此在左边添写一个SO42-：Pb+SO42-—PbSO4
第二步：找到变价的铅元素，它由0价升高到+2价，一个铅原子总计升高2价，就是失去2个电子，添写在电极反应的左侧：Pb+SO42--2e-—PbSO4
第三步：分析方程式的左边不带电荷，右边不带电荷，电荷已经守恒，不必添写H+或OH-： Pb+SO42--2e-—PbSO4
第四步：原子也已经守恒，不必添H2O，最后用氧原子的个数来检验一下：Pb+SO42--2e-═PbSO4
第五步：进行检查
正极：
第一步：电极反应左边写PbO2，右边写PbSO4（+4铅变成铅离子，遇到电解质溶液中的SO42-生成难溶的PbSO4），在左边添写一个SO42-：PbO2+SO42-—PbSO4
第二步：找到变价的铅元素，它由+4价降低到+2价，一个铅原子总计降低2价，就是得到2个电子，添写在电极反应的左侧：PbO2+SO42-+2e-—PbSO4
第三步：分析方程式的左边带4个负电荷，右边不带电荷，溶液显酸性，就用H+配平，在左侧添加4个H+：PbO2+SO42-+2e-+4H+—PbSO4
第四步：根据氢原子的个数用H2O把原子守恒完成，左侧4个氢原子，就在右侧添写2个H2O，最后用氧原子的个数来检验一下：PbO2+SO42-+2e-+4H+═PbSO4+2H2O
第五步：进行检查
环节3：了解燃料电池工作原理
【设计意图】：了解燃料电池工作原理是本节课教学的一个重点。其重要性在于学生熟悉该电池反应———“简单”的氧化还原反应而已，但通过一定的设计，就可以制造出能量转化率高且环境友好的化学电源。而设计的基本原理他们已经学习，并非高不可攀，因此，学生有信心以后也可以进行新型电池的设计。所以，本节课的情感态度与价值观培养不应还是简单地强调化学电源对环境的破坏，而应该让学生认识到他们可以依靠所学知识去不断地优
化化学电源的设计，提高能量转换率并保护环境，
【教学设计】以氢氧燃料电池为例，分析燃料电池反应，了解燃料电池工作原理，认识燃料电池的能量转换率高于燃料普通燃烧的能量转换率，有利于节约能源。
1．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，电解质溶液可分酸性和碱性两种。
电解质溶液
酸性
碱性
电池总反应式
正极反应式
负极反应式
2. 甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为
总反应离子方程式 ；
正极： ；
负极 。
甲烷燃料电池(电解质溶液为硫酸溶液)的反应式为
总反应离子方程式 ；
正极： ；
负极 。
三、检测题
1. 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2
下列说法中，错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为
MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g
2. 某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，以下说法不正确的是( )
A．放电时负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．放电时正极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－
C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D．充电时阳极附近的溶液的碱性减弱
3. 固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。
下列判断正确的是( )
A．有O2参加反应的a极为电池的负极
B．b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O
C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的总反应式为2H2＋O22H2O
4. 有位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。以下判断错误的是( )
A．电池正极发生的反应：O2＋4e－===2O2－
B．电池负极发生的反应：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
C．固体电解质里的O2－的移动方向：由正极流向负极
D．向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)
5. 科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：______________________________________；
（2）此电池的正极发生的电极反应：_______________________________________，
负极发生的电极反应：_____________________________________________________；
(3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________；
(4)使用该燃料电池的另一个好处是_______________________________________________。
参考答案
1. 【解析】本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。
【答案】C
2. 【解析】选项A，放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池的负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；选项B，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－；选项C，放电时，K2FeO4被还原；选项D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH－，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。
【答案】C
3. 【解析】因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为H2－2e－===2H＋，正极电极反应式为O2＋2e－===O2－，则电池总反应式为2H2＋O22H2O。
【答案】D
4. 【解析】因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是O2＋4e－===2O2－，负极反应式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生O2－，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的O2－供应，故电池内O2－的移动方向是由正极流向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以D错误。
【答案】D
5. 【解析】(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式。
(3)H＋移向正极，在正极生成水。
(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。
【答案】(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
(3)正 负极 (4)对环境无污染
课件27张PPT。
