第十一章第4節(jié)

第四節(jié)原電池原理及其應(yīng)用1.了解原電池原理，學(xué)會判斷原電池的正負極，能正確書寫原電池電極反應(yīng)式。了解金屬腐蝕的一般規(guī)律，了解金屬的防護方法。2．掌握原電池原理、正負極的判斷、電極反應(yīng)式的書寫以及金屬的腐蝕與保護的應(yīng)用。此類試題內(nèi)容主要包括：

(1)原電池、化學(xué)電源的概念；

(2)電極反應(yīng)式的書寫；

(3)保護金屬的方法及其應(yīng)用。此考點屬于高考熱點，試題的主要形式有：(1)選擇題，主要考查原電池的基本概念以及原電池電極反應(yīng)式的書寫。(2)實驗題，主要考查原電池、金屬腐蝕等知識的綜合運用能力。復(fù)習(xí)目標(biāo)展示知識點1原電池問題1：原電池的有關(guān)概念？形成條件？原電池的工作原理？電極反應(yīng)式的書寫？【思維延伸】

通常的氧化還原反應(yīng)中電子直接在氧化劑和還原劑之間進行轉(zhuǎn)移，相當(dāng)于短路，反應(yīng)時有熱量放出來，并不能得到電流。而原電池將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進行，并用外電路連接，電子是通過導(dǎo)線由還原劑轉(zhuǎn)移給氧化劑，所以形成了電流。知識點2化學(xué)電源問題2：常見的化學(xué)電源舉例，其對應(yīng)的電極反應(yīng)和總反應(yīng)式的表示方法？2．堿性鋅錳干電池——一次電池負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－Zn(OH)2；正極反應(yīng)：2MnO2＋2H2O＋2e－2MnOOH＋2OH－；總反應(yīng)式：Zn＋2MnO2＋2H2O2MnOOH＋Zn(OH)2。3．銀鋅電池——一次電池負極反應(yīng)：Zn＋2OH－－2e－ZnO＋H2O；正極反應(yīng)：Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－；總反應(yīng)式：Zn＋Ag2OZnO＋2Ag。4．鉛蓄電池——二次電池負極反應(yīng)：Pb－2e－+PbSO4；正極反應(yīng)：PbO2＋2e－＋4H＋＋PbSO4＋2H2O；總反應(yīng)式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。5．氫氧燃料電池(酸性介質(zhì)中)負極反應(yīng)：2H2－4e－4H＋；正極反應(yīng)：O2＋4H＋＋4e－2H2O；總反應(yīng)式：2H2＋O22H2O。放電充電知識點3原電池原理的應(yīng)用問題3：原電池原理的主要應(yīng)用有哪兩個方面，金屬的腐蝕和防護方法？制造新型的化學(xué)電源。【思維延伸】

吸氧腐蝕和析氫腐蝕的共同點是負極反應(yīng)都是鐵失電子，不同的是正極反應(yīng)，吸氧腐蝕中正極反應(yīng)為氧氣得電子與水生成氫氧根，而析氫腐蝕則是水中的氫離子得電子,變?yōu)闅錃?。考點1原電池正負極的判斷與電極反應(yīng)式的書寫

1．正負極的判斷在書寫原電池的電極反應(yīng)式時，首先應(yīng)正確判斷原電池的兩個電極哪一個是正極，哪一個是負極。常用的判斷方法有：

(1)根據(jù)電子流動方向判斷。在原電池中，電子流出的一極是負極；電子流入的一極是正極。

(2)根據(jù)兩極材料判斷。一般活潑性較強金屬為負極；活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。

(3)根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動方向判斷。陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。

(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。負極總是失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。

(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。溶解的一極為負極，質(zhì)量增加或放出氣體的一極為正極。

2．電極反應(yīng)式的書寫書寫電極反應(yīng)式時，按照負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，首先正確判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，然后結(jié)合反應(yīng)物及轉(zhuǎn)移電子數(shù)量寫出反應(yīng)式,再結(jié)合質(zhì)量守恒、電荷守恒配平各電極反應(yīng)式。兩電極反應(yīng)式相加則得總反應(yīng)式。(1)根據(jù)兩個電極反應(yīng)式，寫出總反應(yīng)式。使兩個電極反應(yīng)式得失電子數(shù)相等后，將兩式相加，消去相同的化學(xué)式。(2)根據(jù)總反應(yīng)式寫電極反應(yīng)式一般分四個步驟：①列物質(zhì)，標(biāo)得失；②選離子，配電荷；③配個數(shù)，巧用水；④兩式加，驗總式。要點深化1．關(guān)于蓄電池電極反應(yīng)式的書寫放電時作為原電池，充電時作為電解池，將放電時的負極反應(yīng)返回去即是充電時的陰極反應(yīng)，放電時的正極反應(yīng)返回去即是充電時陽極反應(yīng)。以放電時為例，書寫蓄電池電極反應(yīng)式的一般步驟：

(1)確定正、負極及其對應(yīng)電極產(chǎn)物。方法：化合價升高的為負極，化合價降低的為正極。

(2)根據(jù)化合價變化確定電子的得與失。方法：化合價升高數(shù)＝失電子數(shù);化合價降低數(shù)＝得電子數(shù)。

(3)確定參與電極反應(yīng)的其他物質(zhì)，此步的確定是難點。2．書寫燃料電池電極反應(yīng)式的步驟類似于蓄電池，書寫燃料電池電極反應(yīng)式時還要注意以下幾點

(1)電池的負極一定是可燃性氣體，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)也稱陽極；電池的正極一定是助燃性氣體，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)也稱為陰極。

(2)電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用

(3)電極反應(yīng)式必須遵循原子守恒、電荷守恒規(guī)律。

(4)在堿性電解質(zhì)中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H＋，在酸性電解質(zhì)溶液中，電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH－。

(5)正、負兩極的電極反應(yīng)式在得失電子守恒的條件下，相疊加后的電池反應(yīng)必是燃料反應(yīng)和燃料產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的疊加反應(yīng)式。【例1】

電瓶車所用電池一般為鉛蓄電池，這是一種典型的可充電電池，電池總反應(yīng)式為：Pb＋PbO2＋4H＋＋2PbSO4＋2H2O則下列說法正確的是()

A．放電時：負極板上發(fā)生了還原反應(yīng)

B．放電時：正極反應(yīng)是Pb－2e－＋PbSO4

C．充電時：鉛蓄電池的負極應(yīng)與充電器電源的正極相連

D．充電時：陽極反應(yīng)是PbSO4－2e－＋2H2OPbO2＋＋4H＋放電充電D

解析：鉛蓄電池在放電時，負極為Pb，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極為PbO2，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，故A、B錯誤；鉛蓄電池在充電時，是電解池的裝置，與充電器電源正極相連的叫陽極，即它放電時的正極，陽極失去電子轉(zhuǎn)移到充電器電源的正極，故C錯誤，D正確。1．(廣東省高考題)科學(xué)家近年來研制出一種新型細菌燃料電池，利用細菌將有機酸轉(zhuǎn)化成氫氣，氫氣進入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池發(fā)電。電池負極反應(yīng)為()A．H2＋2OH－2H2O＋2e－B．O2＋4H＋＋4e－2H2OC．H2－2e－2H＋D．O2＋2H2O＋4e－4OH－解析：H3PO4是酸性介質(zhì)，則電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH－。答案：C變式練習(xí)考點2金屬的腐蝕與防護1．化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬跟化學(xué)物質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化，腐蝕過程沒有電流產(chǎn)生較活潑金屬被氧化，腐蝕過程有電流產(chǎn)生聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍2.析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵腐蝕為例)析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(pH<4.3)水膜酸性很弱或中性電極反應(yīng)負極Fe－2e－Fe2＋正極2H＋＋2e－H2↑O2＋2H2O＋4e－4OH－總反應(yīng)式Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O2Fe(OH)23.金屬防護的幾種重要方法

(1)改變金屬內(nèi)部的組成結(jié)構(gòu)，將金屬制成合金，增強抗腐蝕能力。

(2)在金屬表面覆蓋保護層，使金屬和周圍物質(zhì)隔離開來。

(3)電化學(xué)保護法：利用原電池原理將需要保護的金屬作為電池的正極而受到保護或利用電解池原理將需要保護的金屬作為電解池的陰性而受到保護。要點深化金屬腐蝕的一般規(guī)律(1)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快。(5)由于金屬表面一般不會遇到酸性較強的溶液，故吸氧腐蝕是金屬腐蝕的主要形式；另外，只有在金屬活動性順序表中位于氫前面的金屬才可能發(fā)生析氫腐蝕，而位于氫之后的金屬腐蝕時只能是吸氧腐蝕?！纠?】下列有關(guān)金屬腐蝕與防護的說法正確的是()①純銀器表面在空氣中因化學(xué)腐蝕漸漸變暗②當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保護作用③在海輪外殼連接鋅塊保護外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護法④可將地下輸油鋼管與外加直流電源的正極相連以保護它不受腐蝕

A．①③B．②④C．①②③D．③解析：①項，純銀器在空氣中放置，不發(fā)生電化學(xué)腐蝕，久置會緩慢生成硫化銀而變黑，為化學(xué)腐蝕，①正確；②項，當(dāng)鍍層破損時，Sn－Fe可形成原電池，F(xiàn)e被腐蝕，②錯；③項Fe與鋅塊形成原電池，Zn作負極，從而保護Fe正極，所以③正確；④項外加電源保護法鋼管應(yīng)該與直流電源的負極相連，若接直流電源的正極，則會加速其腐蝕，④錯。A2．鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕，發(fā)生的原電池反應(yīng)為：2Fe＋2H2O＋O22Fe(OH)2。以下說法正確的是()A．負極發(fā)生的反應(yīng)為：2Fe－4e－2Fe2＋B．正極發(fā)生的反應(yīng)為：2H2O＋O2＋2e－4OH－C．原電池是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置D．鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕解析：發(fā)生的原電池反應(yīng)為:2Fe＋2H2O＋O22Fe(OH)2。負極反應(yīng)為：2Fe－4e－2Fe2＋，故A正確；B項，正極反應(yīng)：2H2O＋O2＋4e－4OH－；C項，電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置；D項，在空氣與水交界處更容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。答案：A客觀題電化學(xué)內(nèi)容是歷年高考的重點之一，也是高考的重要創(chuàng)新點。根據(jù)原電池判斷金屬活動性強弱、原電池的工作原理、電極產(chǎn)物的判斷和計算以及新型電池的電極反應(yīng)與應(yīng)用是該部分的重點內(nèi)容，也將會是高考的熱點?！究碱}一】

銀鋅電池的電極分別是Ag2O和Zn,電解質(zhì)溶液為KOH,它的充電和放電過程可以表示為:2Ag＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋

H2O，下列敘述中，正確的是()

A．在放電過程中，電池負極區(qū)溶液pH減小

B．在充電過程中，溶液的pH逐漸增大

C．在放電過程中，電子由Ag2O經(jīng)外電路流向Zn極

D．充電時，Ag2O電極發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn極發(fā)生還原反應(yīng)放電充電AD

審題視點：(1)兩極的材料Ag2O和Zn，Zn為比較活潑的金屬，Ag2O具有氧化性。(2)電解質(zhì)溶液為強堿KOH。(3)注意反應(yīng)式中充電和放電的方向。(4)注意充電和放電反應(yīng)的產(chǎn)物。思路點撥：本題考查點為原電池的相關(guān)知識和運用。對考生的演繹推理能力有一定要求。對銀鋅電池,作原電池使用時的電極反應(yīng)為：負極Zn－2e－＋2OH－Zn(OH)