11 原电池 金属的电化学腐蚀.docx

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11原电池金属的电化学腐蚀

原电池金属的电化学腐蚀

一、思维导图

二、专题练习

1．①②③④甲种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池．①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少．据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是（）

A.①③②④B.①③④②C.③④②①D.③①②④

【答案】B

【解析】

试题分析：

组成原电池时，负极金属较为活泼，可根据电子、电流的流向以及反应时正负极的变化判断原电池的正负极，则可判断金属的活泼性强弱．

解：

组成原电池时，负极金属较为活泼，

①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极，活泼性①＞②；

①③相连时，③为正极，活泼性①＞③；

②④相连时，②上有气泡逸出，应为原电池的正极，活泼性④＞②；

③④相连时，③的质量减少，③为负极，活泼性③＞④，

综上分析可知活泼性：

①＞③＞④＞②．

故选B．

2．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

【答案】A

【解析】

试题分析：

A、由题意可知，该装置的I、II是原电池的两极，I是负极，II是正极，III、IV是电解池的两极，其中III是阳极，IV是阴极，所以电流方向：

电极IV→

→电极I，正确；B、电极I是原电池的负极，发生氧化反应，错误；C、电极II是原电池的正极，发生还原反应，有Cu析出，错误；D、电极III是阳极，发生氧化反应，电极反应是Cu-2e-=：

Cu2+，错误，答案选A。

3．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（）

A．a为电池的正极

B．电池充电反应为LiMn2O4

Li1-xMn2O4+xLi

C．放电时，a极锂的化合价发生变化

D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

【答案】C

【解析】

试题分析：

根据题装置图判断，b电极为原电池的负极，电极反应式为Li—e－

Li＋，a电极为原电池的正极，电极反应式为Li1-xMn2O4+xLi＋+xe－

LiMn2O4。

A、根据上述分析知，a为电池的正极，正确；B、电池充电反应为LiMn2O4

Li1-xMn2O4+xLi，正确；C、放电时，a极锰的化合价降低，而锂的化合价不发生变化，错误；D、放电时，溶液中Li＋由负极向正极迁移，即从b向a迁移，正确。

4．已知：

锂离子电池的总反应为：

LixC+Li1-xCoO2

C+LiCoO2锂硫电池的总反应为：

2Li+S

Li2S

有关上述两种电池说法正确的是（）

A．锂离子电池放电时，Li+向负极迁移

B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应

C．理论上两种电池的比能量相同

D．右图表示用锂离子电池给锂硫电池充电

【答案】B

【解析】

试题分析：

A、电池放电时，电解质内部Li+向正极移动，错误；B、锂硫电池充电时，锂电极发生得电子反应，为还原反应，正确；C、两种电池的变价不同，所以比能量不相同，错误；D、充电时正接正，负接负，所以Li电极连接C电极，错误。

5．下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH－Ni电池）。

下列有关说法不正确的是（）

A．放电时正极反应为：

NiOOH＋H2O＋e－→Ni（OH）2＋OH－

B．电池的电解液可为KOH溶液

C．充电时负极反应为：

MH＋OH－→＋H2O＋M＋e－

D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高

【答案】C

【解析】

试题分析：

首先确定该电池放电时的总反应为：

MH＋NiOOH=M＋Ni（OH）2，MH合金中M、H均为0价，MH作负极材料，而NiOOH作正极材料，正极反应式为NiOOH＋H2O＋e－→Ni（OH）2＋OH－，负极反应式为MH＋OH－－e－→＋H2O＋M（充电时负极反应为其逆反应），则A项正确，C项错误；电池的电解液可为碱性溶液（KOH溶液），不能为酸性溶液（会与NiOOH反应），B项正确；MH中氢的密度越大，放电时放出的电量越多，其电池的能量密度越高，D项正确。

6．下列有关说法正确的是（）

A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀

B．2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则该反应的△H＞0

C．加热0.1mol/LNa2CO3溶液，CO32－的水解程度和溶液的pH均增大

D．对于乙酸与乙醇的酯化反应（△H＜0），加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大

【答案】C

【解析】

试题分析：

A、铜的金属性弱于铁，与铁构成原电池时，铁是负极失去电子，加快铁腐蚀，A不正确；B、根据△G＝△H－T·△S可知，2NO（g）＋2CO（g）=N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，由于该反应的△S＜0，则该反应的△H＜0，B不正确；C、水解吸热，加热促进水解，溶液的碱性增强，因此，加热0.1mol/LNa2CO3溶液，CO32－的水解程度和溶液的pH均增大，C正确；D、正方应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，因此平衡常数减小，D不正确，答案选C。

7．“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。

下列关于该电池的叙述错误的是（）

A．电池反应中有NaCl生成

B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子

C．正极反应为：

NiCl2+2e-=Ni+2Cl-

D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动

【答案】B

【解析】

试题分析：

负极反应为：

2Na-2e-=2Na+；正极反应为：

NiCl2+2e-=Ni+2Cl-。

电池总反应为2Na+NiCl2=Ni+2NaCl；电池反应中有NaCl生成，A正确；电池的总反应是金属钠还原Ni2+，B错误；正极反应为：

NiCl2+2e-=Ni+2Cl-，C正确；钠离子通过钠离子导体在两电极间移动，D正确。

8．某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。

下列说法正确的是（）

A．正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－

B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变

D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子

【答案】D

【解析】

试题分析：

A项正确的正极反应式为Cl2＋2e－＝2Cl－，错误；B项由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，故在左侧溶液中才会有大量白色沉淀生成，错误；C项若用NaCl溶液代替盐酸，但电池总反应不变，错误；D项当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧产生0.01molAg＋与盐酸反应产生AgCl沉淀，同时约有0.01molH＋通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，故左侧溶液共约0.02mol离子减少，正确。

9．银制器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。

根据电化学原理可进行如下处理：

在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。

下列说法正确的是（）

A．处理过程中银器一直保持恒重

B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银

C．该过程中总反应为2Al+3Ag2S=6Ag+Al2S3

D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl

【答案】B

【解析】

试题分析：

发生的电极反应为：

负极：

2Al-6e－=Al3+；正极：

3Ag2S+6e－=6Ag+3S2-。

处理过程中，硫化银变为银单质，质量减少，A错误；硫化银发生还原反应，生成银单质，B正确；原电池总反应方程式：

3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al（OH）3↓+3H2S↑，C错误；黑色褪去的原因是硫化银变为银单质，D错误。

10．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。

一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。

该电池总反应为：

PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。

下列有关说法正确的是（）

A．正极反应式：

Ca+2Cl－－2e－=CaCl2

B．放电过程中，Li+向负极移动

C．没转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb

D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转

【答案】D

【解析】

试题分析：

A、正极发生还原反应，故为PbSO4+2e－=Pb+SO42－，错误；B、放电过程为原电池，阳离子向正极移动，错误；C、每转移0.1mol电子，生成0.05molPb，为10.35g，错误；D、常温下，电解质不能融化，不能形成原电池，故指针不偏转，正确。

11．Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。

该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。

该电池工作时，下列说法正确的是（）

A．Mg电极是该电池的正极

B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应

C．石墨电极附近溶液的pH增大

D．溶液中Cl－向正极移动

【答案】C

【解析】

试题分析：

Mg-H2O2电池，首先判断原电池的正负极，Mg为负极，电极反应为：

Mg-2e—=Mg2+，石墨电极为正极，电极反应为：

H2O2+2e—=2OH-。

通过电极反应可知C项正确。

12．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．金属护拦表面涂漆

C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块

【答案】A

【解析】

试题分析：

本题考查电化学原理在生活、生产中的应用。

水中的钢闸门连接电源的负极，作电解池的阴极，是使用外加电流的阴极保护法，A正确；金属护拦表面涂漆是隔绝空气的保护法，B不合题意；汽车底盘喷涂高分子膜也是隔绝空气的保护法，C不合题意；地下钢管连接镁是牺牲阳极的阴极保护法，D合题意；

13．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：

CH3CH2OH–4e-+H2O=CH3COOH+4H+。

下列有关说法正确的是（）

A．检测时，电解质溶液中的H+向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为：

CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O

D．正极上发生的反应为：

O2+4e-+2H2O=4OH-

【答案】：

C

【解析】

试题分析：

该燃料电池的电极反应式分别为正极：

O2+4e-+4H+=2H2O，负极：

CH3CH2OH–4e-+H2O=CH3COOH+4H+，电解质溶液中的H+应向正极移动（正极带负电），A不正确；根据正极反应式，若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24L氧气，B不正确；将正负极电极反应式叠加得CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，C正确；根据正极反应式可知，D不正确。

14．人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。

下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是（）

A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生

C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强

D．催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e一=HCOOH

【答案】C

【解析】

试题分析：

根据题给信息和反应特点，该电池中发生的总反应式为：

2CO2+2H2O=2HCOOH+O2↑；故其将太阳能转化为了化学能，A对；根据氢离子的转移方向和电子转移的方向，催化剂a表面发生：

2H2O-4e-=4H++O2↑，氧元素化合价升高被氧化，B对；催化剂a表面产生氢离子，酸性增强，C错；催化剂b表面发生：

CO2+2H++2e一=HCOOH，D对。

15．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

【答案】B

【解析】

试题分析：

A．当溶液中氧气浓度越大时电化学腐蚀越严重；B．开关由M改置于N时，Zn为负极，合金被保护；C．气体在Pt上放出；D．MnO2发生还原反应．

A．图a中，铁棒发生化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，故A错误；

B、图b中开关由M置于N，Cu﹣Zn作正极，腐蚀速率减小，故B正确；

C．图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，故C错误；

D．图d中干电池放电时MnO2发生还原反应，体现锌的还原性，故D错误．

故选B．

16．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

【答案】：

C

【解析】

试题分析：

生铁中含有能导电的碳，两者可以作为原电池的两极，加快铁的腐蚀，A对；铁和锡作为原电池的两极，当其腐蚀时，铁会被腐蚀，B对；电镀铜时，镀层金属做阳极，镀件做阴极，C错；锌铁形成原电池，锌被腐蚀，D对。

17．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。

现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：

（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为。

（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式。

（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是。

（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式。

（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式。

（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是。

在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有（填化学式）。

【答案】

（1）+3

（2）2Al+2OH-+6H2O=2Al（OH）-4+3H2↑

（3）2LiCoO2+3H2SO4+H2O2

Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O

2H2O2

2H2O+O2↑；有氯气生成，污染较大。

（4）CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O

（5）Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C

（6）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中

Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4

【解析】

试题分析：

以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识，包括电极反应式的书写、氧化还原反应，综合性较强。

（1）根据化合价代数和为0的原则，LiCoO2中Li为+1价，O为-2价，iCo元素的化合价为+3。

（2）根据工艺流程和相关产物可知，锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应，发生反应的离子方程式2Al+2OH-+6H2O=2Al（OH）-4+3H2↑。

（3）根据“酸浸”的反应物和反应条件，发生的所有氧化还原反应的化学方程式为；2LiCoO2+3H2SO4+H2O2

Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O，H2O2自身发生分解反应，2H2O2

2H2O+O2↑；LiCoO2具有较强的氧化性，用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，氯气生成，污染较大。

（4）根据“沉钴”过程中反应物和产物，发生反应的化学方程式CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O。

（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，放电时负极发生的反应为LixC6-xe-=6C+xLi+，正极Li1-xCoO2+xe-=LiCoO2+xLi+，电池总反应方程式Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C。

（6）进行放电处理时，Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。

根据整个工艺流程的化学反应原理，可回收到的金属化合物有Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4三种。

18．金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。

（1）由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是，

a．Fe2O3b．NaClc．Cu2Sd．Al2O3

（2）辉铜矿（Cu2S）可发生反应2Cu2S+2H2SO4+5O2==4CuSO4+2H2O，该反应的还原剂是，当1molO2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为mol。

向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是。

（3）下图为电解精炼银的示意图，（填“a”或“b”）极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为，

（4）为处理银器表面的黑斑（Ag2S），将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用为。

【答案】

（1）bd；

（2）Cu2S；4；H2；

（3）a；2H＋+NO3－+e－→NO2+H2O；

（4）做电解质溶液（或导电）。

【解析】

试题分析：

（1）金属的冶炼时，金属活动性顺序表中铝及其前面的金属一般采用电解法，故选bd；分析题给方程式：

2Cu2S+2H2SO4+5O2==4CuSO4+2H2O，Cu元素和S元素的化合价均升高，O元素的化合价降低，故还原剂是Cu2S；当1molO2发生反应时，氧化剂氧气得到4mol电子，则同时还原剂所失电子也为4mol；CuSO4溶液由于Cu2+水解呈酸性，故中加入镁条放出氢气；

（3）分析电解精炼银的装置，其中粗银应做阳极，故连接电源正极，是a极；b极是阴极，若生成红棕色的NO2气体，则是硝酸根放电：

2H＋+NO3－+e－→NO2+H2O；

（4）处理银器时，食盐水的作用是做电解质溶液（或导电）。

19．污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。

某化学研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量头铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已略去）。

请回答下列问题：

（1）上述流程脱硫实现了____（选填下列字母编号）。

A．废弃物的综合利用B．白色污染的减少C．酸雨的减少

（2）用MnCO3能除去溶液中Al3＋和Fe3＋，其原因是_____。

（3）已知：

25℃、101kpa时，Mn（s）＋O2（g）＝MnO2（s）△H＝－520kJ/mol

S（s）＋O2（g）＝SO2（g）△H＝－297kJ/mol

Mn（s）＋S（s）＋2O2（g）＝MnSO4（s）△H＝－1065kJ/mol

SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是________________。

（4）MnO2可作超级电容器材料。

用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是____________________________。

（5）MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。

碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是____________________________________。

（6）假设脱除的SO2只与软锰矿浆中的MnO2反应。

按照图示流程，将am3（标准状况）含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量为ckg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO2___________kg。

【答案】

（1）A、C

（2）消耗溶液中的酸，促进Al3＋和Fe3＋水解生成氢氧化物沉淀

（3）MnO2（s）＋SO2（g）=MnSO4（s）△H=-248kJ/mol

（4）Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋（5）MnO2＋H2O＋e－＝MnO（OH）＋OH－

（6）

【解析】

试题分析：

（1）白色污染主要是塑料等难降解的物质形成的，SO2能形成酸雨，因此脱硫实现了废弃物的综合利用，同时也减少了酸雨形成，即答案选AC。

（2）由于碳酸锰能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，从而促进Al3＋和Fe3＋水解生成氢氧化物沉淀。

（3）已知：

热化学方程式①Mn（s）＋O2（g）＝MnO2（s）△H＝－520kJ/mol，②S（s）＋O2（g）＝SO2（g）

△H＝－297kJ/mol，③Mn（s）＋S（s）＋2O2（g）＝MnSO4（s）△H＝－1065kJ/mol，则根据盖斯定律可知③－（①＋③）即得到SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式MnO2（s）＋SO2（g）=MnSO4（s）△H=-248kJ/mol。

（4）电解池中阳极失去电子发生氧化反应，则用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，因此阳极是锰离子放电，其阳极电极反应式是Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋。

（5）原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，则电极反应式是MnO2＋H2O＋e－＝MnO（OH）＋OH－。

（6）实际参加反应的SO2的物质的量是

，根据方程式MnO2（s）＋SO2（g）=MnSO4（s）可知生成硫酸镁的物质的量是0.4abmol。

最终生成二氧化锰是ckg，则根据方程式3MnSO4＋2KMnO4＋2H2O=5MnO2＋K2SO4＋2H2SO4可知，因此消耗硫酸锰的物质的量是

mol，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素的物质的量是

mol－0.4abmol，相当于二氧化锰的质量是（

mol－0.4abmol）×87g/mol＝（600c－34.8ab）g＝

kg

20．石墨在材料领域有重要应用。

某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3（5.1%）、Fe2O3（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质。

设计的提纯和综合应用工艺如下：

（注：

SiCl4的沸点是57.6ºC，金属氯化物的沸点均高于150ºC）

（1）向反应器中通入Cl2前，需通一段时间的N2，主要目的是。

（2）高温反应后，石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。

气体I中的氯化物主要为。

由气体II中某物质得到水玻璃的化学方程式为。

（3）步骤①为：

搅拌、。

所得溶液IV中阴离子有。

（4）由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为。

100kg初级石墨最多可获得V的质量为kg。

（5）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成下图防腐示意图，并作相应标注。

【答案】

（1）排除空气，减少C的损失；

（2）SiCl4+6NaOH=Na2SiO3+4NaCl+3H2O；

（3）过滤；Cl-、OH-、AlO2；

（4）CH3COOCH2CH3+AlO2+2H2O

Al（OH）3↓+CH3COO-+CH3CH2OH；78

（5）

【解析】

试题分析：

（1）石墨的化学性质在常温下稳定，而在高温下可与氧气发生反应，所以通入N2目的是作保护气，排除空气中的氧气，减少