渝冀閩2018-2019版高中化學(xué)專題2化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第1課時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能學(xué)案蘇教版必修2 .doc
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渝冀閩2018-2019版高中化學(xué)專題2化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第1課時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能學(xué)案蘇教版必修2 .doc
第1課時(shí) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
一、原電池工作原理
1.實(shí)驗(yàn)探究
實(shí)驗(yàn)步驟
解釋或說明
鋅與稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,而銅則不能
鋅與稀硫酸反應(yīng),但氫氣在銅片上產(chǎn)生,導(dǎo)線中有電流
鋅與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,但導(dǎo)線中無電流
乙醇是非電解質(zhì),與鋅、銅都不反應(yīng)
2.原電池的概念
原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置;
原電池的反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。
3.原電池的構(gòu)成條件
理論上,自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。
具體條件是:(1)具有活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極(金屬與金屬或金屬與能導(dǎo)電的非金屬)。
(2)溶液:兩電極均插入電解質(zhì)溶液中。
(3)導(dǎo)線:兩電極用導(dǎo)線相連,形成閉合回路。
4.原電池的工作原理
(1)分析下圖并填空
原電池總反應(yīng)式:Zn+2H+===Zn2++H2↑。
(2)能量轉(zhuǎn)化:化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?
例1 如圖所示裝置能夠組成原電池的是_______________________________________。
其他不能構(gòu)成原電池的說明理由:_____________________________________________。
考點(diǎn) 原電池工作原理
題點(diǎn) 原電池的形成條件與判斷方法
答案 EFG A裝置的兩個(gè)電極的活潑性相同,電子不會(huì)流動(dòng)形成電流;B裝置為非電解質(zhì)溶液,不能發(fā)生氧化還原反應(yīng);C裝置電解質(zhì)溶液在兩個(gè)分開的裝置中,不成形成閉合回路;D裝置無導(dǎo)線連接電極,不能形成閉合回路。它們均不能構(gòu)成原電池
思維啟迪
原電池的判定方法:一看反應(yīng)原理(能否自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng));二看構(gòu)成條件(兩極一液成回路:兩個(gè)活潑性不同的電極,插入電解質(zhì)溶液中,裝置形成閉合回路)。
例2 如圖,電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),同時(shí)A極的質(zhì)量減小,B極上有氣泡產(chǎn)生,C為電解質(zhì)溶液,下列說法錯(cuò)誤的是( )
A.B極為原電池的正極
B.A、B、C分別可以為Zn、Cu和稀鹽酸
C.C中陽離子向A極移動(dòng)
D.A極發(fā)生氧化反應(yīng)
答案 C
解析 原電池中,負(fù)極金屬失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)溶解,質(zhì)量減小,故A極為負(fù)極,B極為正極,A、D項(xiàng)正確;A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸時(shí),可以構(gòu)成原電池,且現(xiàn)象符合題意,B項(xiàng)正確;電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極,C項(xiàng)錯(cuò)誤。
二、原電池原理的應(yīng)用
1.鋼鐵的電化學(xué)腐蝕
(1)電化學(xué)腐蝕
金屬跟電解質(zhì)溶液接觸,發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失去電子而被氧化的腐蝕。
(2)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕
電解質(zhì)溶液
鋼鐵表面水膜中含有H+和OH-,還溶有O2等氣體
電極
負(fù)極
材料:Fe,電極反應(yīng):Fe-2e-===Fe2+
正極
材料:C,電極反應(yīng):O2+4e-+2H2O===4OH-
總反應(yīng)
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2,進(jìn)一步被氧化,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,F(xiàn)e(OH)3易分解生成鐵銹(Fe2O3xH2O)
2.金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的判斷
由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
裝置
現(xiàn)象
二價(jià)金屬A不斷溶解
C的質(zhì)量增加
A上有氣體產(chǎn)生
(1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是A-2e-===A2+。
(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)式是Cu2++2e-===Cu。
(3)四種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是D>A>B>C。
原電池工作原理的應(yīng)用
(1)比較金屬活動(dòng)性
原電池中,作負(fù)極的金屬活動(dòng)性一般比作正極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)。
(2)改變化學(xué)反應(yīng)速率
如:在Zn和稀硫酸反應(yīng)時(shí),滴加少量CuSO4溶液,則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負(fù)極,從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率。
(3)設(shè)計(jì)原電池
如:把Fe+2Fe3+===3Fe2+設(shè)計(jì)成原電池,可用Fe作負(fù)極,銅(或石墨)作正極,F(xiàn)eCl3溶液作電解質(zhì)溶液。
(4)保護(hù)金屬設(shè)備
如:船體是鋼鐵材料,在海水中易被腐蝕,在船體外殼焊接上比鐵活潑的金屬(如Zn),則構(gòu)成以Zn、Fe為電極的原電池,Zn被消耗掉而Fe得到保護(hù)。
例3 (2018臺(tái)州月考)在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水,放置一段時(shí)間后看到鐵片上有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生的總化學(xué)方程式:2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2,F(xiàn)e(OH)2進(jìn)一步被氧氣氧化為Fe(OH)3,再在一定條件下脫水生成鐵銹,其原理如圖。下列說法正確的是( )
A.鐵片發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕
B.鐵片腐蝕最嚴(yán)重區(qū)域應(yīng)該是生銹最多的區(qū)域
C.鐵片腐蝕中負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng):
2H2O+O2+4e-===4OH-
D.鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成無數(shù)微小原電池,發(fā)生了電化學(xué)腐蝕
答案 D
解析 鐵作負(fù)極,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;鐵片負(fù)極腐蝕最嚴(yán)重,由于離子的移動(dòng),在正極區(qū)域生成鐵銹最多,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;鐵作負(fù)極,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),即Fe-2e-===Fe2+,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;D項(xiàng),鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成無數(shù)微小原電池,發(fā)生了電化學(xué)腐蝕,鐵作負(fù)極,碳作正極,選項(xiàng)D正確。
例4 某原電池的離子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,該原電池正確的組成是( )
選項(xiàng)
正極
負(fù)極
電解質(zhì)溶液
A
Cu
Zn
HCl
B
Zn
Cu
CuSO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Cu
Zn
ZnCl2
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 設(shè)計(jì)原電池
答案 C
解析 將Zn+Cu2+===Zn2++Cu拆開兩個(gè)半反應(yīng):
氧化反應(yīng)(負(fù)極反應(yīng)):Zn-2e-===Zn2+。
還原反應(yīng)(正極反應(yīng)):Cu2++2e-===Cu。
則電池的負(fù)極是Zn,正極是比鋅不活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘伲娊赓|(zhì)溶液中含Cu2+。
方法技巧——設(shè)計(jì)原電池的方法
(1)依據(jù):已知一個(gè)氧化還原反應(yīng),首先分析找出氧化劑、還原劑,一般還原劑為負(fù)極材料(或在負(fù)極上被氧化),氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。
(2)選擇合適的材料
①電極材料:電極材料必須導(dǎo)電。負(fù)極材料一般選擇較活潑的金屬材料,或者在該氧化還原反應(yīng)中,本身失去電子的材料。
②電解質(zhì)溶液:電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極反應(yīng)。
原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理是
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“”)
(1)電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源( )
(2)NaOH+HCl===NaCl+H2O是放熱反應(yīng),可以設(shè)計(jì)成原電池( )
(3)原電池中的陽離子由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)( )
(4)在Zn|稀硫酸|Cu原電池中,電子由鋅通過導(dǎo)線流向銅,再由銅通過電解質(zhì)溶液到達(dá)鋅( )
(5)把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中,加入幾滴CuCl2溶液,氣泡放出速率加快( )
考點(diǎn) 原電池工作原理
題點(diǎn) 原電池的綜合應(yīng)用
答案 (1)√ (2) (3)√ (4) (5)√
2.如圖為某興趣小組制作的番茄電池,下列說法正確的是( )
A.電子由銅通過導(dǎo)線流向鋅
B.該裝置是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置
C.鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)
D.電流由鋅通過導(dǎo)線流向銅
考點(diǎn) 原電池工原理
題點(diǎn) 原電池工作原理
答案 C
解析 A項(xiàng),銅作正極,鋅作負(fù)極,因此電子由鋅流向銅,故錯(cuò)誤;B項(xiàng),該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故錯(cuò)誤;C項(xiàng),鋅作負(fù)極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),故正確;D項(xiàng),電子與電流的方向相反,因此電流由銅極流向鋅極,故錯(cuò)誤。
3.在鋼鐵腐蝕過程中,下列五種變化可能發(fā)生的是( )
①Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+?、贠2被還原?、郛a(chǎn)生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3xH2O ⑤雜質(zhì)碳被氧化
A.①② B.②③④
C.①②③④ D.①②③④⑤
答案 C
解析 本題考查鋼鐵的電化學(xué)腐蝕。在腐蝕過程中,負(fù)極Fe-2e-===Fe2+,正極O2或H+得電子,F(xiàn)e2+與OH-結(jié)合生成Fe(OH)2,F(xiàn)e(OH)2被氧化生成Fe(OH)3,F(xiàn)e(OH)3失水形成鐵銹。
4.下列裝置中四塊相同的Zn片,放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是( )
A.①②③④ B.④②①③
C.③①②④ D.②①③④
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 金屬腐蝕快慢的比較
答案 B
解析?、壑械匿\作負(fù)極,腐蝕速率最快;④中的鋅與外界不接觸,腐蝕速率最慢;②中的鋅作正極,腐蝕速率比①中的鋅要慢;因此腐蝕速率由慢到快的順序?yàn)棰堍冖佗?,故B正確。
5.在銅鋅原電池中(如下圖),以硫酸銅為電解質(zhì)溶液,鋅為________極,電極上發(fā)生的是________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),電極反應(yīng)式為______________________________。
鋅片上觀察到的現(xiàn)象為_______________________________;銅為________極,電極上發(fā)生的是________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),電極反應(yīng)式_________________________;
銅片上觀察到的現(xiàn)象為___________________________________________________,原電池總反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________________。
考點(diǎn) 原電池工作原理
題點(diǎn) ??级嘧兊匿\銅原電池
答案 負(fù) 氧化 Zn-2e-===Zn2+ 鋅片溶解 正 還原 Cu2++2e-===Cu 銅極變粗 Zn+Cu2+===Zn2++Cu
解析 CuSO4為電解質(zhì)溶液時(shí),銅鋅原電池的負(fù)極為鋅,電極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+,所以鋅片不斷溶解,正極為銅,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-===Cu,所以銅極不斷變粗,原電池總反應(yīng)式為Zn+Cu2+===Zn2++Cu。
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練]
題組一 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
1.如圖所示各裝置中,不能構(gòu)成原電池的是(燒杯中所盛液體都是稀硫酸)( )
考點(diǎn) 能源與構(gòu)成原電池的條件
題點(diǎn) 原電池的形成條件與判斷
答案 D
解析 原電池的形成條件包括活動(dòng)性不同的電極、電解質(zhì)溶液、形成閉合回路、自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。對(duì)圖示各個(gè)裝置進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)只有D不能形成閉合回路,因此不能形成原電池。
2.下列關(guān)于原電池的敘述,正確的是( )
A.構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極材料必須是兩種活潑性不同的金屬
B.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置
C.在原電池中,電子流出的一極是負(fù)極,該電極被還原
D.原電池放電時(shí),電流的方向是從負(fù)極到正極
考點(diǎn) 原電池工作原理和正負(fù)極的判斷
題點(diǎn) 原電池構(gòu)成和原理的理解
答案 B
解析 構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極可以是兩種活潑性不同的金屬,也可以是導(dǎo)電的非金屬(如石墨棒)和金屬,A錯(cuò)誤;原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,B正確;在原電池中,負(fù)極上發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),正極上發(fā)生得到電子的還原反應(yīng),所以電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極,C錯(cuò)誤;原電池放電時(shí),電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極,則電流的方向是從正極到負(fù)極,D錯(cuò)誤。
3.(2017湖北部分重點(diǎn)中學(xué)期末聯(lián)考)某實(shí)驗(yàn)興趣小組按下圖裝置實(shí)驗(yàn)后,所記錄內(nèi)容合理的是( )
實(shí)驗(yàn)記錄
①Cu為正極,Zn為負(fù)極;
②Zn質(zhì)量減少,Cu質(zhì)量增加;
③SO向Cu極移動(dòng);
④電子流向:由Zn經(jīng)導(dǎo)線流入Cu片;
⑤Zn電極發(fā)生還原反應(yīng);
⑥正極反應(yīng)式:Cu2++2e-===Cu。
A.②③④ B.①②④⑥
C.①②④⑤ D.②③⑤⑥
考點(diǎn) 原電池工作原理和正負(fù)極的判斷
題點(diǎn) 原電池工作原理
答案 B
解析?、賈n比Cu活潑,Zn為負(fù)極,Cu為正極,故正確;②銅為正極,發(fā)生反應(yīng):Cu2++2e-===Cu,銅極質(zhì)量增大,故正確;③原電池工作時(shí),陰離子向負(fù)極移動(dòng),故錯(cuò)誤;④電子由負(fù)極流向正極,即電子由Zn電極流向Cu電極,故正確;⑤Zn電極發(fā)生氧化反應(yīng),故錯(cuò)誤;⑥正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)方程式為Cu2++2e-===Cu,故正確。綜上所述,B正確。
4.人造地球衛(wèi)星用到的一種高能電池——銀鋅蓄電池,其電池的電極反應(yīng)式:Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。據(jù)此判斷氧化銀是( )
A.負(fù)極,被氧化 B.正極,被還原
C.負(fù)極,被還原 D.正極,被氧化
考點(diǎn) 原電池工作原理和正負(fù)極的判斷
題點(diǎn) 正、負(fù)極的判斷
答案 B
解析 電池的電極反應(yīng)式:Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-,從中可以看出鋅的化合價(jià)升高,所以鋅為負(fù)極,被氧化,而氧化銀中的銀化合價(jià)降低,故氧化銀為正極,被還原,故B符合題意。
5.(2017武漢高一檢測(cè))如圖將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接后放入稀硫酸中,發(fā)生原電池反應(yīng),下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.溶液的pH增大
B.溶液中的Zn2+濃度增大
C.溶液中的SO濃度增大
D.溶液的密度增大
考點(diǎn) 原電池的工作原理和正負(fù)極的判斷
題點(diǎn) ??级嘧兊匿\銅原電池
答案 C
解析 A項(xiàng),氫離子濃度降低,溶液的pH增大,正確;B項(xiàng),鋅不斷溶解,溶液中的Zn2+濃度增大,正確;C項(xiàng),由于在反應(yīng)過程中溶液中SO沒有參加反應(yīng),所以溶液中c(SO)不變,錯(cuò)誤;D項(xiàng),原電池放電時(shí),溶液由硫酸溶液逐漸變成硫酸鋅溶液,所以溶液的密度增大,正確。
6.如圖所示裝置,電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),同時(shí)A極逐漸變粗,B極逐漸變細(xì),C為電解質(zhì)溶液,則A、B、C應(yīng)是下列各組中的( )
A.A是Zn,B是Cu,C為稀硫酸
B.A是Cu,B是Zn,C為稀硫酸
C.A是Fe,B是Ag,C為稀AgNO3溶液
D.A是Ag,B是Fe,C為稀AgNO3溶液
考點(diǎn) 原電池工作原理和正負(fù)極的判斷
題點(diǎn) 多角度判斷正、負(fù)極
答案 D
解析 A極逐漸變粗,說明A極為原電池的正極,溶液中的金屬陽離子得到電子后在A極上析出;B極逐漸變細(xì),說明B極為原電池的負(fù)極,失去電子后變成離子進(jìn)入溶液中。A和B兩項(xiàng)中的反應(yīng)為Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑,則A項(xiàng)A極變細(xì),B項(xiàng)A極不變;C和D兩項(xiàng)中的反應(yīng)為Fe+2AgNO3===2Ag+Fe(NO3)2,其中C項(xiàng)A極變細(xì),D項(xiàng)A極變粗。
題組二 原電池工作原理的應(yīng)用
7.X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中,用導(dǎo)線連接,可以組成原電池,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示:
則四種金屬的活潑性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)? )
A.Z>Y>X>W B.Z>X>Y>W
C.Z>Y>W>X D.Y>Z>X>W
考點(diǎn) 原電池工作原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 比較金屬活潑性的強(qiáng)弱
答案 A
8.(2018南寧六中5月考試)下面是四個(gè)化學(xué)反應(yīng),你認(rèn)為理論上不可用于設(shè)計(jì)原電池的化學(xué)反應(yīng)是( )
A.2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
B.2H2+O22H2O
C.Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3↑
D.CH4+2O2CO2+2H2O
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 能否設(shè)計(jì)原電池的化學(xué)反應(yīng)分析
答案 C
解析 只有屬于氧化還原反應(yīng),才能用于設(shè)計(jì)原電池;A、B、D屬于氧化還原反應(yīng),均可以設(shè)計(jì)為原電池。C不屬于氧化還原反應(yīng),不能設(shè)計(jì)成原電池,C正確。
9.(2018北京四中4月月考)為將反應(yīng)2Al+6H+===2Al3++3H2↑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,下列裝置能達(dá)到目的的是(鋁條均已除去了氧化膜)( )
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 原電池的設(shè)計(jì)
答案 B
解析 A項(xiàng)為原電池,鋁為負(fù)極,但總反應(yīng)為2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑,不符合;C項(xiàng)為原電池,但硝酸是氧化性酸,則總反應(yīng)為Al+4H++NO===Al3++NO↑+2H2O,不符合;D項(xiàng)裝置中有外接電源,不屬于原電池,不符合。
10.小穎同學(xué)用如圖所示裝置研究原電池原理,下列說法錯(cuò)誤的是( )
A.若將圖1裝置的Zn、Cu直接接觸,Cu片上能看到氣泡產(chǎn)生
B.圖2裝置中SO向Cu片移動(dòng)
C.若將圖2中的Zn片改為Mg片,Cu片上產(chǎn)生氣泡的速率加快
D.圖2與圖3中正極生成物的質(zhì)量比為1∶32時(shí),Zn片減輕的質(zhì)量相等
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 原電池工作原理的探究
答案 B
解析 Zn、Cu直接接觸就能構(gòu)成閉合回路而形成原電池,Cu片上可看到有氣泡產(chǎn)生,A項(xiàng)正確;SO帶負(fù)電荷,應(yīng)該向負(fù)極Zn片移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于Mg的失電子能力強(qiáng)于Zn,所以將Zn片改為Mg片后,電子轉(zhuǎn)移速率加快,生成H2的速率也加快,C項(xiàng)正確;假設(shè)圖2中正極產(chǎn)生2 g H2,則轉(zhuǎn)移2 mol電子,消耗負(fù)極65 g Zn,而圖3中正極析出64 g Cu,也轉(zhuǎn)移2 mol電子,消耗負(fù)極65 g Zn,故Zn片減輕的質(zhì)量相等,D項(xiàng)正確。
題組三 鋼鐵的電化學(xué)腐蝕
11.(2018深圳高一期末)下圖實(shí)驗(yàn)為研究金屬腐蝕的實(shí)驗(yàn)。下列相關(guān)說法正確的是( )
A.該實(shí)驗(yàn)研究的是金屬的吸氧腐蝕
B.鐵表面的反應(yīng)為Fe-3e-===Fe3+
C.紅色首先在食鹽水滴的中心出現(xiàn)
D.食鹽水中有氣泡逸出
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 鋼鐵的電化學(xué)腐蝕
答案 A
解析 A項(xiàng),食鹽水顯中性,因此該實(shí)驗(yàn)屬于鋼鐵的吸氧腐蝕,正確;B項(xiàng),負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為Fe-2e-===Fe2+,錯(cuò)誤;C項(xiàng),食鹽水滴周圍液體少,氧氣量多,所以紅色首先在食鹽水滴的周圍出現(xiàn),錯(cuò)誤;D項(xiàng),正極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-,所以食鹽水中沒有氣泡逸出,錯(cuò)誤,答案選A。
12.(2018畢節(jié)市段考)關(guān)于金屬材料的銹蝕說法不一,其中沒有科學(xué)道理的是( )
A.金屬接觸水和空氣銹蝕加快
B.改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成合金能抵御金屬銹蝕
C.金屬表面刷油漆可以抵御金屬銹蝕
D.不斷擦去鋁表面的銹能抵御鋁的繼續(xù)銹蝕
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)
答案 D
解析 A項(xiàng),金屬接觸水和空氣銹蝕加快,正確;B項(xiàng),鐵中摻入鉻和鎳等金屬改變內(nèi)部結(jié)構(gòu),制成不銹鋼可以防腐蝕,所以改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能抵御金屬銹蝕,正確;C項(xiàng),金屬防銹的措施之一是在金屬表面刷油漆,正確;D項(xiàng),不斷擦去鋁表面的銹,使得內(nèi)部金屬暴露出來,加快了鋁的腐蝕而不是抵御鋁的繼續(xù)銹蝕,錯(cuò)誤。
[綜合強(qiáng)化]
13.(2018余姚期中)目前,市場(chǎng)上有多種“熱敷袋”出售,有一次性的,有可以重復(fù)使用的。某一化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在研究了某種“熱敷袋”的構(gòu)造后,決定自己制造一個(gè)一次性“熱敷袋”,制造過程如下:①稱取15 g小顆粒狀活性炭,40 g還原鐵粉,5 g細(xì)木屑,都放在一只燒杯中,再加入15 mL 15%食鹽水,用玻璃棒攪拌均勻。②用大頭針在小塑料袋上扎幾十個(gè)針眼(袋的兩層同時(shí)扎穿),把燒杯里的混合物全部加入小塑料袋中,封上袋口,再放入大塑料袋中,封上袋口,可長(zhǎng)期保存。③使用時(shí)將大塑料袋袋口打開,反復(fù)搓揉小塑料袋5~8 min,能感覺溫度明顯上升?;卮鹣铝袉栴}:
(1)該一次性“熱敷袋”利用了________原理。
(2)使用時(shí)將大塑料袋袋口打開的原因是讓氧氣進(jìn)入反應(yīng),寫出其電極反應(yīng)式________________________________________________________________________;
炭粉的作用是__________________________________________________________。
(3)將使用過的“熱敷袋”打開,發(fā)現(xiàn)有大量棕紅色粉末生成,該物質(zhì)主要成分是________,寫出生成該物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)方程式:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________。
答案 (1)原電池
(2)O2+2H2O+4e-===4OH- 作原電池正極,加快鐵的腐蝕
(3)鐵銹(或Fe2O3)
①4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
②2Fe(OH)3===Fe2O3+3H2O
解析 (1)鐵、碳和氯化鈉溶液能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)而構(gòu)成原電池,所以熱敷袋利用原電池原理。
(2)與氧氣接觸,發(fā)生金屬的吸氧腐蝕,正極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH-,其中炭粉的作用是作原電池正極,加快鐵的腐蝕。
(3)鐵發(fā)生吸氧腐蝕后最終產(chǎn)物紅棕色粉末為鐵銹,其成分為氧化鐵(Fe2O3);發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3+3H2O。
14.(2017咸寧高一檢測(cè))理論上講,任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。請(qǐng)利用反應(yīng)“Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+”設(shè)計(jì)一個(gè)化學(xué)電池(正極材料用碳棒),回答下列問題:
(1)該電池的負(fù)極材料是________,發(fā)生________反應(yīng)(填“氧化”或“還原”),電解質(zhì)溶液是____________。
(2)正極上出現(xiàn)的現(xiàn)象是________________________________________________。
(3)若導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移電子1 mol,則生成銀______ g。
考點(diǎn) 原電池原理的應(yīng)用
題點(diǎn) 原電池的設(shè)計(jì)
答案 (1)Cu 氧化 AgNO3溶液
(2)碳棒上出現(xiàn)銀白色物質(zhì)
(3)108
解析 (1)根據(jù)電池的總反應(yīng),可知負(fù)極一般是失電子的物質(zhì),所以負(fù)極材料應(yīng)該是銅,發(fā)生氧化反應(yīng),電解質(zhì)溶液是一種可溶性的銀鹽溶液,所以是AgNO3溶液。(2)正極上是溶液中的銀離子得到電子變成銀單質(zhì),所以正極上的現(xiàn)象是碳棒上出現(xiàn)銀白色物質(zhì)。(3)當(dāng)導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移1 mol電子的時(shí)候,正極上會(huì)析出1 mol銀單質(zhì),所以正極上生成的銀的質(zhì)量是108 g。
15.某化學(xué)興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用,在常溫下,設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下一系列實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如下。
編號(hào)
電極材料
電解質(zhì)溶液
電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向
1
Al、Mg
稀鹽酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀鹽酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀鹽酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氫氧化鈉溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
濃硝酸
偏向Al
試根據(jù)上表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題:
(1)實(shí)驗(yàn)1、2中Al所作的電極(正極或負(fù)極)是否相同(填“是”或“否”)?____________。
(2)由實(shí)驗(yàn)3完成下列填空:
①鋁為________極,電極反應(yīng)式:_________________________________________;
②石墨為________極,電極反應(yīng)式:________________________________________;
③電池總反應(yīng)式:______________________________________________。
(3)實(shí)驗(yàn)4中鋁作負(fù)極還是正極?________,理由是_______________________________
________________________________________________________________________。
寫出鋁電極的電極反應(yīng)式:______________________________________________。
(4)解釋實(shí)驗(yàn)5中電流計(jì)指針偏向鋁的原因:______________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出影響鋁在原電池中作正極或負(fù)極的因素:____________________。
考點(diǎn) 原電池工作原理和正負(fù)極的判斷
題點(diǎn) 多角度判斷正、負(fù)極
答案 (1)否 (2)①負(fù) 2Al-6e-===2Al3+
②正 6H++6e-===3H2↑?、?Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
(3)負(fù)極 在NaOH溶液中,活動(dòng)性:Al>Mg Al-3e-+4OH-===AlO+2H2O
(4)Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化,Zn在濃硝酸中發(fā)生反應(yīng),被氧化,即在濃硝酸中,活動(dòng)性:Zn>Al,Al是原電池的正極
(5)①另一個(gè)電極材料的活動(dòng)性;②電解質(zhì)溶液
解析 在稀鹽酸中的活動(dòng)性:Mg>Al>Cu。由實(shí)驗(yàn)1和2可知,原電池中電流計(jì)指針是偏向正極。在實(shí)驗(yàn)3中電流計(jì)指針偏向石墨,由上述規(guī)律可知,Al是負(fù)極,石墨是正極,化學(xué)反應(yīng)是Al失去電子被氧化為Al3+,鹽酸中的H+得到電子被還原為H2。在NaOH溶液中活動(dòng)性:Al>Mg,則Al是負(fù)極,Mg是正極。Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化,Zn在濃硝酸中被氧化,即在濃硝酸中活動(dòng)性:Zn>Al,Zn是負(fù)極,Al是正極,所以在實(shí)驗(yàn)5中電流計(jì)指針偏向鋁。