【基础知识精讲】

以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理：负极发生氧化反应，正极发生还原反应.紧抓这个基本原理去解决各种类型的原电池问题.

【重点难点解析】

重点：①原电池原理；

②金属的腐蚀原理与防护.

难点：金属的电化学腐蚀与防护.

1.正确判定原电池

2.原电池正极和负极的确定

(1)由两极的相对活泼性确定.

(2)由电极现象确定.通常情况下，在原电池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，此为原电池的负极；若原电池中某一电极上有气体生成，电极的质量不断增加或不变，该电极发生还原反应，此为原电池的正极.

3.原电池工作原理：以Cu-Zn原电池为例.

负极(锌板)：Zn-2e=Zn2 被氧化，锌板不断溶解；

正极(铜板)：2H 2e=H2↑被还原，表面置出气泡.

电子流动方向：负极(Zn)经导线正极(Cu).

Cu-Zn原电池发生的总反应跟锌和酸的反应是一致的，但电子却经外接导线发生迁移，形成持续的电流，使化学能转化为电能.

构成原电池的反应必须能自发地进行氧化还原反应.从理论上讲，任何一个氧化还原反应都可设计成原电池，只不过要求氧化反应和还原反应必须在两极上分别进行，使与两极连接的导线里，产生持续电流.

【难题巧解点拨】

例1：把a,b,c,d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池.若a,b相连时，a为负极；c,d相连时，d上产生大量气泡；a，c相连时，电流由c经导线流向a；b、d相连时，电子由d经导线流向b，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为( )

A.a＞b＞c＞d B.a＞c＞d＞b

C.c ＞a＞b＞d D.b＞d＞c＞a

分析：根据原电池原理，较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属.电子由负极经外电路流向正极，电流方向与电子方向相反等进行推断可得：

a＞c＞d＞b 答案为B. 例2 下列装置能够组成原电池，产生电流的是( )

分析：根据构成原电池的条件必须同时满足：(1)要有活泼性不同的两个电极.(2)要有电解质溶液.(3)要有导线，能形成闭合回路.

用此条件进行判定：在A中两个电极的金属相同，不符合条件，在(D)中没有电解质溶液，乙醇是非电解质.故只有B、C符合条件

答案：BC

例3：银锌电池是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)2 Ag2O Zn 2H2O

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

分析：根据原电池工作原理，负极上发生氧化反应.元素化合价会升高，所以在放电过程中被氧化的是Zn，即Zn为负极.

答案:为D

【命题趋势分析】

常考知识点：

1.原电池的概念、工作原理

2.电极反应和电池反应

3.原电池原理的应用

4.结合物理的电学、工农业生产.

【典型热点考题】

1.将锌片和铜片用导线连接置于同一稀H2SO4溶液中，下列各叙述正确的是( )

A.正极四周 浓度逐渐增大 B.负极四周 的浓度逐渐减小

C.负极四周 的浓度逐渐增大 D.正负极四周 的浓度基本不变

本题参考答案：D

2.锌与100ml1mol·L-1盐酸反应的实验中，若设想向溶液中加入少量的①醋酸钠，或②溴化铜，或③醋酸铜(均为可溶性)，并测定生成H2的速率(ml·min-1)，预计三种方案的速率大小是( )

A.①＞③＞② B.③＞②＞① C.②＞③＞① D.①＞②＞③

本题参考答案：C

3.如下图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡.小心地从烧杯中心滴入CuSO4溶液.

(1)片刻后可观察到的现象是( )

A.铁圈和银圈左右摇摆不定 B.保持平衡状态不变

C.铁圈向下倾斜 D.银圈向下倾斜

(2)产生上述现象的原因是 .

本题参考答案：(1)D (2)加CuSO4溶液后，构成Fe-Ag原电池，Fe溶解、减轻，Cu2 在银圈上得电子，沉积在其上，增重.

4.如图所示，在大试管里放入一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝，把试管倒插入水中，把这个装置这样放置约一周后，观察到铁丝发生的变化是 ，原因是 .试管里的水面会上升，最终上升高约为 ，原因是 .

本题参考答案：铁丝表面形成一片红褐色铁锈；发生吸氧腐蚀；试管体积的 ；铁和氧气反应，时间足够时铁消耗空气中全部O2，在空气中O2约占总体积的 .

5.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

负极反应式：2CO 2 -4e→4CO2

正极反应式： ；总电池反应式： .

本题参考答案：O2 2CO2 4e 2 ；2CO O2 2CO2

【同步达纲练习】

1.关于铜、锌和稀H2SO4构成的原电池的说法正确的是( )

A.锌是正极，铜是负极 B.H 在溶液里流向铜片

C.电流由锌流向铜 D.电子经外电路由锌流向铜

2.铁钉和炭棒用导线连接后，浸入到0.01mol·L-1NaCl溶液中，可能发生的是( )

A.炭棒上有H2析出 B.炭棒四周产生OH-

C.炭棒上有O2析出 D.铁钉被氧化

3.下列四组原电池，其中放电后，电解质溶液质量增加，且在正极有单质生成的是( )

A.Cu、Ag、AgNO3溶液 B.Zn、Cu稀H2SO4

C.Fe、Zn、CuSO4溶液 D.Fe、C、Fe2(SO4)3溶液

4.实验中欲制得H2，最好的方法是( )

A.纯锌与稀H2SO4 B.纯锌和浓H2SO4

C.纯锌与稀盐酸 D.粗锌(含铜杂质)与稀H2SO4

5.钢铁在潮湿的空气中发生电化腐蚀时，正极发生的主要反应是( )

A.Fe-2e=Fe2 B.2H2O O2 4e=4OH-

C.4OH--4e=2H2O O2 D.2H 2e=H2↑

6.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.在干燥致密不透气的土壤中

D.在含碳粒较多的潮湿透气中性土壤中.

7.铜铁在锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是( )

①Fe由 2价转化为 3价 ②氧气被还原 ③产生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3、H2O ⑤杂质碳被氧化而除去.

A.①② B.③④

C.①②③④ D.①②③④⑤

8.有a,b,c,d四种金属，将a,b用导线连结起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀；将a,d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；将铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出.据此推知它们的活动性由强到弱的顺序为( )

A.dcab B.dabc C.dbac D.badc

9.据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池的容量更大，而且没有污染，其总反应式为：2Zn O2 2ZnO

所用原料为锌粒、电解液和空气.则下列叙述中，正确的是( )

A.锌为正极，空气进入负极反应 B.负极反应为Zn-2e Zn2

C.正极发生氧化反应 D.电解液肯定不是强酸

10.燃料电池是燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气起反应，将化学能转变为电能的装置，电解液为强碱溶液.( )

下列关于甲烷燃料电池的说法中，正确的是( )

A.负极反应为：CH4 10OH--8e= 7H2O

B.负极反应为：O2 2H2O 4e 4OH-

C.随着放电进行，溶液中的阴离子向负极移动

D.随着放电进行，溶液的PH不变.

11.常用的钮扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极.放电时锌极上的电极反应是：Zn 2OH--2e Zn(OH)2，氧化银极上的反应是：Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH-，下列判定中，正确的是( )

A.锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应

B.锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应

C.锌是负极，发生还原反应，氧化银是正极，发生氧化反应

D.锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应

12.以下现象与电化腐蚀无关的是( )

A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿

B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)轻易生锈

C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈

D.银质奖牌久置后表面变暗

13.阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应式为：2H2 O2 2H2O，电解液为KOH溶液，反应保持在较高温度使水蒸发，下列叙述中正确的是( )

A.工作时，电解质溶液的PH逐渐增大

B.工作时，能见到浅蓝色火焰

C.工作时，H2为正极，O2为负极

D.电极反应式为：负极：2H2 4OH--4e=4H2O

正极：O2 2H2O 4e 4OH-

14.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为H2SO4，工作时的反应为：Pb PbO2 2H2SO4=2PbSO4 2H2O，

下列结论正确的是( )

A.Pb为正极被氧化 B.PbO2为负极被还原

C. 只向PbO2处移动 D.电解液密度不断减小

E.溶液的PH不断减小

15.锌锰干电池的正极是石墨炭棒，它放电时的总反应可表示为：Zn(固) 2MnO2 2NH 4 Zn2 Mn2O3(固) 2NH3 H2O，在电池放电时，正极表面发生反应的物质是( )

A.Zn B.石墨 C.MnO2和NH 4 D.Zn2 和NH3

16.锂电池是一种新型高能电池，它以轻质、高能而受到普遍重视，目前已研制成功了多种锂电池.某种锂电池的总反应可表示为：Li MnO2=LiMnO2，若该电池提供0.5C电量(1mol电子的电量为96500C)，则消耗正极材料的质量(其它损失不计)约为( )

A.3.63×105g B.3.5g

C.4.51×10-4g D.43.5g

17.纯锌跟稀H2SO4反应速率很小，为了加快锌的溶解和放出H2的速率，并且使产生H2的量不变，当稀H2SO4过量时，可向其中加少量( )

A.CuSO4溶液 B.CuS固体 C.铜 D.镁条

18.下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H2SO4中，铜片表面出现气泡

B.把铜片插入FeCl3溶液中，在铜片表面出现一层铁

C.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快

D.把铜片和铝片连接一起浸入浓HNO3中，铝片表面有气泡产生.

【素质优化练习】

1.铅蓄电池(原电池)工作时，总反应为Pb PbO2 2HS2O4=2PbSO4 2H2O，由此可以判定：

(1)原电池的电极材料：正极为 ，负极为 .

(2)两极的电极反应式：正极为 ，负极为 .

(3)工作一段时间后，蓄电池里电解溶液的PH (填“变大”“变小”或“不变”).

2.1991年我国首创以铝、空气和海水电池为能源的新型海水航标灯.它以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就发出刺眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍.根据以上叙述，填写这种电池两极的电极反应式：

(1)负极： .

(2)正极： .

3.称取三份锌，分盛三支试管，在试管甲里加入PH=3的盐酸50ml，在试管乙里加入PH=3的醋酸50ml，在试管丙里加入PH=3的醋酸50ml及少量铜粉，塞上导管塞子，定时测定生成H2的体积.若反应终了时，生成H2一样多，且锌没有剩余.

(1)用“＞”“、”“=”或“＜”回答以下问题：

①参加反应的锌的质量为： .

②反应完毕，需反应时间的多少为： .

(2)简答：

①反应所需时间最长的一种酸的原因是： .

②乙、丙反应所需时间是否相等?答： .其原因是： .

4.如何利用Cu 2FeCl3=2FeCl2 CuCl2设计一个原电池，画出装置图，写出电极的反应式.

5.电子表所用电池的两极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应是：

Zn 2OH--2e=ZnO H2O Ag2O H2O 2e=Ag 2OH-

总反应式为：Ag2O Zn=2Ag ZnO

下列判定正确的是( )

A.Zn为正极，Ag2O为负极

B.Zn为负极，Ag2O为正极

C.原电池工作时，负极区溶液的PH减小

D.原电池工作时，负极区溶液的PH增大

6.由Cu片，Zn片和300ml稀H2SO4组成的原电池中，若锌片只发生电化腐蚀，则当铜片上共放出3.36L(标况)的气体时，H2SO4恰好用完，产生这些气体消耗锌 g，有 个电子通过了导线，原稀H2SO4的物质的量浓度为 mol·L-1.

7．美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电源，其构造如下图所示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电.

(1)a是 极，b是 极，电极反应式分别为 ， .

(2)飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供.已知这种电池发1度电时能生成350g水，试计算能量转化率.［2H2(g) O2(g)=2H2O(l) 572KJ］.

(3)这种电池的输出电压为1.5V.要使标有1.5V，1.5W的小灯泡连续发光0.5h，应消耗标况下H2多少升?

【生活实际运用】

1.电工操作中规定，不能把铜线和铝线拧在一起连接线路，这是因为 .

2.银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了Ag2S.有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器侵入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失.试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为 ；正极发生的反应为 ；反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为：

3.在一个盛有AgNO3溶液的烧杯中，放入质量相同的锌片和银片.两块金属片与一个小灯泡相连，经过一段时间后，从溶液中取出金属片，这时发现二者的质量有相同的变化，试确定所形成原电池的有效功率(完成电流功对理论可能功之比).

【知识验证实验】

1.自制热敷袋

原理：铁粉在水存在下能与空气里的O2反应，放出热量 4Fe 2H2O 3O2 2Fe2O3·H2O Q

预备：取一只约80×120mm的自封式塑料袋，另用布缝制一只略大于塑料袋的布袋.

操作：

(1)用大头针在塑料袋上扎几十个针眼(袋的两层同时扎穿).

(2)称取15g小颗粒状活性炭，40g还原铁粉，5g细木屑，都放在一只烧杯中，再加入15ml15％食盐水，用玻璃棒搅拌均匀.

(3)把烧杯里的混合物全部加入扎过孔的塑料袋内，封上袋口，把这塑料袋放入自制的布袋中，扎住袋口.

(4)反复搓揉这袋5-8分钟，能感觉布袋的温度明显上升，可用热敷.

2.根据可逆反应：AsO3-4 2I- 2H AsO2-3 I2 H2O，设计出如下的实验装置，A烧杯中装有Na3AsO4和Na3AsO3溶液，B烧杯中装有I2和KI溶液.两烧杯中用一倒置的装有饱和KI溶液的U形管相连，该装置称为盐桥.其作用是避免两烧杯中的溶液相混合，又能使两烧杯中的溶液因连通而导电.C1、C2棒为惰性电极.现进行如下操作：

(1)向A溶液中逐滴加入浓盐酸，发现电流计的指针发生偏转.

(2)若改向B溶液中滴加40％的NaOH溶液，发现电流计的指针向相反方向偏转.

试回答下列问题：

①两次操作中，电流计的指针偏转方向为什么相反?试用化学平衡原理解释之

②(1)操作过程中，C1棒上发生的反应是 ；

(2)操作过程中，C2棒上发生的反应是 .

本题参考答案：①由于［H ］的变化，使化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，其结果是电子转移方向不同.②2I--2e I2； H2O-2e 2H

【知识探究学习】

1.原电池

课文里所讲的原电池，是为了便于说明原电池化学原理的一种最简单的装置.假如用它作电源，不但效率低，而且时间稍长，电流就不断减弱，因此不适合于实际应用.这是什么原因呢?主要是由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通.这种作用称为极化作用.为了避免发生这种现象，设计了如下图的原电池装置.

在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥(如布满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻)连接起来，再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流表，就可以观察到下面的现象：

(1)电流表指针发生偏转，根据指针偏转方向，可以判定出锌片为负极、铜片为正极.

(2)铜片上有铜析出，锌片则被溶解.

(3)取出盐桥，指针回到零点，说明盐桥起了沟通电路的作用.

发生上述现象的原因是由于锌比铜活泼，轻易失去电子变成Zn2 进入溶液，电子通过导线流向铜片，硫酸铜溶液中的Cu2 从铜片上获得电子变成铜原子沉积在铜片上.

由于电子从锌片流到铜片，所以锌片上发生氧化反应，铜片上发生还原反应.

Zn-2e-=Zn2

Cu2 2e-=Cu

总反应式：Cu2 Zn=Cu Zn2

一定时间后，溶液会因带电离子的积累(ZnSO4溶液中的Zn2 离子过多，CuSO4溶液中的SO2-4离子过多)而阻碍电子的转移.但有盐桥存在，答应溶液中离子迁移，以中和过剩的电荷，起了沟通电路的作用，使传递电子的反应能继续进行.于是，锌和CuSO4的氧化还原反应的化学能转变成外电路上电子流动的电能.

从分析铜-锌原电池的组成可以看出，原电池是由两个半电池组成的.锌和锌盐溶液组成一个半电池，铜和铜盐溶液组成另一个半电池.组成半电池的导体叫电极，失去电子的电极为负极，得到电子的电极为正极.不参加电极反应的电极叫惰性电极，如铜电极.

上述原电池的装置可用符号来表示：

Zn｜ZnSO4‖CuSO4｜Cu

负极 盐桥 正极

每个半电池都由两类物质组成，一类是可作还原剂的物质，如锌和铜，称为还原型物质.另一类是可作氧化剂的物质，如ZnSO4和CuSO4，称为氧化型物质.

相对应的氧化型物质和还原型物质组成氧化还原电对，常用如下符号表示：Zn2 /Zn,Cu2 /Cu.不同氧化态的同一元素的离子或单质等也可构成氧化还原电对，如Fe3 /Fe2 、Cl2/Cl-、O2/OH-等.

参考答案:

【同步达纲练习】

1.BD 2.BD 3.BC 4.D 5.B 6.C 7.A 8.B

9.BD 10.AC 11.A 12.D 13.D 14.D 15.C 16.C 17.C 18.B

【素质优化练习】

1.(1)PbO2 Pb

(2)PbO2 2e 4H =PbSO4 2H2O

Pb-2e =PbSO4 (3)变大

2.(1)Al-3e=Al3

(2)2H2O O2 4e=4OH-

3.(1)①甲＝乙＝丙 ②甲＞乙＞丙

(2)①随着反应的进行，盐酸里［H ］减小得最多，反应速率减小最快，时间最长.

②不相等，丙中形成了铜锌原电池，加速了锌的反应，丙中反应较乙中快.

4.用铜和炭棒作电极，FeCl3溶液为电解质溶液.

电极反应式(-)：Cu-2e=Cu2

( )：2Fe3 2e=2Fe2

5.BC

6.9.75、1.806×1023、0.5

7.(1)负；正； 2H2 4OH--4e 4H2O；

O2 2H2O 4e 4OH-

(2)64.7% (3)0.325

【生活实际运用】

1.在潮湿的空气中，铜、铝线接触能形成原电池，使铝很快被腐蚀.

2.【答案】 2Al-6e=2Al3 ；3Ag2S 6e=6Ag 3S2-

3Ag2S 2Al 6H2O=6Ag 2Al(OH)3↓ 3H2S↑

3．【解答】 设电化学过程和化学过程共溶解锌的物质的量为1mol，电化学过程溶解锌的物质的量为xmol，则化学过程溶解锌的物质的量为(1-x)mol

电化学过程：

负极：Zn-2e Zn2 正极：2Ag 2e 2Ag

xmol2xmol 2xmol 2xmol(沉积在银上)

化学过程：

Zn 2Ag Zn2 2Ag

(1-x)mol 2(1-x)mol(沉积在锌片上)

两极增重相等，则有：

108×2x=108×2(1-x)-65×1 x=0.35(mol)

原电池的有效功率为： ×100％=35％