1、高考资源网（） 您身边的高考专家第3讲化学电源金属的腐蚀与防护考纲点击1知道常见化学电源的种类，能根据已知的电池总反应式判断电池的正、负极，书写电极反应式。2认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。一、化学电源1铅蓄电池是一种用途极广的二次电池，其电极反应式为总反应式：_2燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生电极反应，将化学能转化为电能的装置。氢氧燃料电池的电极反应式为(电解质溶液显酸性)总反应式：_电池的电解质溶液也可以是碱性，其电极反应式为正极：_负极：_总反应式：_特别提示：根据离子的存在条件要求可知，氢氧燃料电池的电极反应方程
2、式书写时应注意电极产物的差异：溶液性质H2氧化后存在形式O2还原后存在形式酸性HH2O中性HOH碱性H2OOH即时训练1最近美国科研人员研制出一种新型的镍镉长效电池，并设法降低了其毒性。镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是()。A充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=NiOOHH2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的OH向正极移动即时训练2研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备
3、电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是()。A水既是氧化剂又是溶剂B放电时正极上有氢气生成C放电时OH向正极移动D总反应为：2Li2H2O=2LiOHH2二、金属的腐蚀和防护1金属的电化学腐蚀(1)金属的腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体物质发生_而引起损耗的现象。金属腐蚀的本质是_，发生_反应；一般可分为_腐蚀和_腐蚀。(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟_接触时，会发生_反应，_的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做_。钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，将发生析氢腐蚀。_是负极，_是正极；发生的电极反应为：负
4、极_；正极_；生成的Fe(OH)2在空气中发生变化的化学方程式是_。钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液_或呈_并溶有_时，将会发生吸氧腐蚀。负极反应为_；正极反应为_；总反应的方程式为_。2金属的电化学防护金属防护的基本思路是：防止_与_直接接触。防止金属形成_。金属防护的常用方法有：改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，如不锈钢等。加保护层，如采用_、_、_、_或_等方法使金属与空气、水等物质隔离，以防金属氧化腐蚀。电化学方法防腐蚀。牺牲阳极的阴极保护法这种方法通常是在被保护的钢铁设备(如锅炉内壁、船体外壳等)上装上若干_，作原电池的_极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为_
5、极的钢铁设备被保护下来。外加电流的阴极保护法这种方法是将被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为_，用惰性电极作为_，两者均存在于_，接上_；通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生_的积累，这样就抑制了_，从而防止了_。特别提示：(1)原电池形成的三个条件必须同时具备，缺一不可，一旦形成原电池，化学反应速率将加快。在原电池反应中，正、负两极分别发生还原反应和氧化反应，得失电子总数相等。(2)判断金属的腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀首先看金属：如金属是纯金属，也不与其他金属接触，则发生的腐蚀可能为化学腐蚀；若金属不纯或与其他金属接触，则发生的腐蚀为电化学腐蚀。其次看接触的物质：如接触的物质
6、是干燥的物质、非电解质、气体单质等，金属发生的腐蚀为化学腐蚀；如接触的物质是电解质溶液，则发生的腐蚀可能为电化学腐蚀。即时训练3下列有关金属腐蚀的说法正确的是()。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电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即时训练4下列事实不能用电化学理论解释的是()。A轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块B镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用C铝片不需要用特殊方法保存D锌跟稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜溶液后，反
7、应速率加快一、化学电源1化学电源的分类化学电源2常见化学电源大全名称电极材料电解质溶液电极反应电池反应酸性锌锰干电池正极：石墨负极：锌NH4Cl和ZnCl2负极：Zn2e=Zn2正极：2NH2e=2NH3H22NHZn=Zn22NH3H2碱性锌锰干电池正极：MnO2负极：锌KOH溶液负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OHZn2MnO22H2O=Zn(OH)22MnOOH铅蓄电池正极：PbO2负极：Pb30% H2SO4溶液负极：PbSO2ePbSO4正极：PbO24HSO2ePbSO42H2OPbPbO22H2SO42PbSO42H2O氢氧燃料电池
8、正极：石墨负极：石墨KOH溶液负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH2H2O2=2H2O铝空气海水电池正极：空气负极：Al海水负极：4Al12e=4Al3正极：3O212e6H2O=12OH4Al3O26H2O=4Al(OH)3锌银电池正极：Ag2O负极：ZnKOH溶液负极：Zn2OH2e=ZnOH2O正极：Ag2OH2O2e=2Ag2OHZnAg2O=ZnO2Ag锂电池正极：石墨负极：Li来源:高考资源网KS5U.COMLiAlCl4SOCl2负极：8Li8e=8Li正极：3SOCl28e=SO2S6Cl8Li3SOCl2=6LiClLi2SO32S【例1】下图所示是
9、某太空空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH溶液为电解液，下列有关说法中正确的是()。A该能量转化系统工作时，需不断补充H2OB该转化系统的能量本质上来源于太阳能C水电解系统中的阴极反应：O22H2O4e=4OHD燃料电池放电时的负极反应：H22e=2H方法归纳在书写电极反应式时往往只是考虑电极上的反应而忽视了电极反应后产生的物质与电解质溶液中的某些离子反应，因此要注意考虑离子反应、离子共存的情况；要根据化合价的变化判断正负极。拓展应用1在全球电池十大排行榜中，南孚电池名列前茅。下列有关电池的说法不正确的是()。A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路
10、从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极二、金属的腐蚀与防护1金属的腐蚀(1)定义：金属或合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程。(2)实质：Mne=Mn(3)金属腐蚀的类型化学腐蚀电化学腐蚀含义直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程与电解质接触发生原电池反应而消耗的过程发生的条件金属纯金属或合金来源:Z*xx*k.Com来源:K不纯金属或合金氧化剂非电解质为主(如O2、Cl2等)电解质溶液中的溶质电子得失金属直接将电子转移给有氧化性的物质活泼金属将电子间接转移给氧化性较强的物质电流无电流产生有微电流产生腐蚀对象金属单
11、质较活泼金属相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时存在，以电化学腐蚀为主(4)吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁为例)类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈弱酸性或中性水膜呈酸性正极反应(C)O22H2O4e=4OH2H2e=H2负极反应(Fe)Fe2e=Fe2其他反应Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈2金属的防护金属的腐蚀取决于金属的本性和介质两个方面，因而金属防护一般可采用以下几种方法：(1)保持金属表面干燥、洁净。(2)制成合金，改善金属的性能(如在普通钢里掺入Cr、Ni制成不锈钢)。(3)表面覆盖保护层涂油漆、搪瓷等；镀上一层不易
12、被腐蚀的金属(如电镀)；用化学方法在金属表面生成一层致密的氧化物保护膜。(4)电化学保护法。如把金属连接在电源的负极上，这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应(外加电流的阴极保护法)，也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属，发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护(牺牲阳极的保护法)。【例2】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，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：Fe2e=Fe2Da试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀方法归纳(1)判断
13、金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成微电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗。金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：与构成微电池的材料有关。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。与金属所接触的电解质强弱有关。活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般来说可用下列原则判断：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腐蚀措施的腐蚀。(2)化学腐蚀和电化学腐蚀的过程化学腐蚀：金属被氧化电化学腐蚀：活泼金属被氧化拓展应用2钢铁生锈过程发生如下反应：2FeO22H2O=2
14、Fe(OH)2；4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O33H2O。下列说法正确的是()。A反应、中电子转移数目相等B反应中氧化剂是氧气和水C与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀D钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀关于金属腐蚀速率快慢的实验探究金属腐蚀速率快慢的影响因素主要有：1电极材料的影响。2电解质溶液及其浓度的影响。3外加电源的影响。4其他条件的影响。【实验典例】取6根铁钉，6支干净的试管及其他材料，准备如下图试管放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触。试管的试管底放入硅胶(是一种干燥剂)，再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气
15、接触。试管先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水(赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触。试管中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触。试管放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片。试管放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水浸没铁钉和铜丝。把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。其中_试管内的铁钉未被腐蚀。从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉腐蚀的条件是_。1化学与工农业生产和人类生活密切相关。下列说法中，正确的是()。A钢铁在海水中比在河水中更易生锈B铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀C铅蓄电池放电时的负极和
16、充电时的阳极均发生还原反应D用惰性电极分别电解CuCl2溶液和MgCl2溶液分别得到单质Cu和Mg2将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是()。A液滴中的Cl由a区向b区迁移B液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O22H2O4e=4OHC液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a区向b区迁移，与b区的OH形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的
17、电极反应为Cu2e=Cu23用下列装置能达到预期目的的是()。A甲图装置可用于电解精炼铝B乙图装置可得到持续、稳定的电流C丙图装置可达到保护钢闸门的目的D丁图装置可达到保护钢闸门的目的4据报道，摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电，其电池反应为2CH3OH3O24OH2CO6H2O，则下列说法中错误的是()。A放电时，CH3OH参与反应的电极为负极B充电时，电解质溶液的pH逐渐减小C放电时，负极的电极反应为CH3OH6e8OH=CO6H2OD充电时，每生成1 mol CH3OH转移6 mol电
18、子5铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：首先检查制取氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；广口瓶中潮湿的铁丝表面依然光亮。试回答以下问题：(1)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_。能表示其原理的反应方程式为_。(2)仪器A的名称为_，其中装的药品可以是_，其作用是_。(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为_。参考答案基础梳理整合一、1PbO24HSO2e=P
19、bSO42H2OPbSO2e=PbSO4PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O2O24H4e=2H2O2H24e=4H2H2O2=2H2OO22H2O4e=4OH2H24OH4e=4H2O2H2O2=2H2O即时训练1A解析：由充电时方程式中的Cd和Ni的化合价的变化可知，充电时Ni(OH)2作阳极，电解质溶液为KOH溶液，所以电极反应式为：Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O；Cd(OH)2作阴极，Cd(OH)22e=Cd2OH；充电的过程是将电能转化为化学能；放电时，Cd作负极，Cd2e2OH=Cd(OH)2，Cd电极周围的c(OH)减小，OH向负极移动。即时训练2C解析：放电时
20、OH向负极移动。二、1(1)氧化还原反应金属失去电子变成阳离子氧化化学电化学(2)电解质溶液原电池较活泼电化学腐蚀FeCFe2e=Fe22H2e=H24Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3呈中性弱酸性O2Fe2e=Fe22H2OO24e=4OH2Fe2H2OO2=2Fe(OH)22金属氧化性介质表面电解质溶液层喷油漆涂油脂电镀喷镀表面钝化锌块负正阴极阳极电解质溶液中直流电源负电荷钢铁失去电子的作用钢铁的腐蚀即时训练3D即时训练4C核心归纳突破【例1】B解析：水电解时阴极反应为2H2e=H2，C项错误；燃料电池放电时负极反应为H22OH2e=2H2O，故D项错误；A项中H2O可以循环利用
21、，错误；B项正确。拓展应用1B解析：二次电池，即可充电电池，所以A项对。在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，B项错。【例2】B解析：a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小；b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B项错。拓展应用2A解析：反应中水既不是氧化剂，也不是还原剂，B错。选项C中钢质(主要成分是Fe)水管与铜质(主要成分是Cu)水龙头构成原电池，较活泼的钢质水管腐蚀速率加快，C错。钢铁可认为是铁碳合金，在潮湿的空气中构成了原电池，易发生电化学腐蚀而使
22、铁生锈，D错。实验探究拓展实验典例答案：水、空气、电解质溶液、不活泼金属杂质的存在解析：此题实际是利用原电池形成的条件及原理解释金属腐蚀速率问题。由于两个试管不具备构成原电池的条件，不能发生电化学腐蚀，所以暂未被腐蚀。而试管尽管具备构成原电池的条件，但Zn比铁活泼，在原电池中作负极，使铁失电子的反应难以发生，所以铁也暂未被腐蚀。引起和促进铁钉被腐蚀的条件是：水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在。演练巩固提升1A解析：A选项，海水中电解质浓度大，易形成原电池，正确；C选项，均发生的是氧化反应；D选项，Mg的活泼性大于H的，所以不会生成Mg单质，错误。2B解析：NaCl溶液滴到一块光亮清洁的
23、铁板表面上，一段时间后在液滴覆盖的圆周中心区(a)被腐蚀变暗，实际上是发生了吸氧腐蚀，这时，负极电极反应为：Fe2e=Fe2，正极电极反应为：O22H2O4e=4OH，在液滴外沿，由于Fe22OH=Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，形成了棕色铁锈环(b)。若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，由于Fe的金属活动性比铜强，Fe仍为负极，负极发生的电极反应为：Fe2e=Fe2。又根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，Cl应由b区向a区迁移。所以A、C、D选项均错误，B选项正确。3D解析：AlCl3溶液中存在Al3、H，通电时后者先得
24、电子，故阴极得到的不是铝，而是氢气，A不能达到目的；乙图所示的这种原电池中，电流会迅速衰减，乙装置不能达到目的；丙装置中阳极材料应为活泼的金属，故不能达到预期目的。4B解析：放电时为原电池，从化合价判断CH3OH在电池的负极上反应，电极反应为CH3OH6e8OH=CO6H2O；充电时为电解池，阴极反应为CO6H2O6e=CH3OH8OH，溶液的pH增大；从电极反应来看，每生成1 mol CH3OH转移6 mol电子，综上所述错误的为B项。5答案：(1)电化学腐蚀负极：2Fe4e=2Fe2，正极：2H2OO24e=4OH也可以写总反应方程式，多写Fe(OH)2Fe(OH)3的反应方程式也不算错(2)球形干燥管碱石灰(或无水CaCl2)干燥O2(3)与O2接触，与水接触解析：这是一道实验设计题，要求证明铁生锈是两个条件共同作用造成的。- 8 - 版权所有高考资源网