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第四章 化学反应与电能
章节总结提升
知识归纳

内容1：原电池的工作原理
一、原电池的工作原理
1．原电池：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。
2．原电池的构成条件

3．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
装置
现象

锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转
电极名称
Zn电极—负极
Cu电极—正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向
流出
流入
反应类型
氧化反应
还原反应
电极反应式
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
总反应式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

二、原电池工作原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。
2．比较金属活动性强弱

3．设计原电池
（1）电极材料的选择。负极一般是活泼的金属材料。正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。
（2）电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个“半反应”分别在两只烧杯中进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。
知识演练
1．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是(　　)

A　　　　B　　　　C　　　　　D
【解答】A　B、C选项均无化学反应；D选项Zn与稀硫酸反应，但装置不能形成闭合回路，只有A符合要求。
2．下列有关电化学知识的描述正确的是(　　)
A．行人踩踏发电瓷砖(原理是利用行人踩踏地板产生的振动来发电)是将化学能转化为电能
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥可以装有含琼胶的KCl饱和溶液
C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极
D．理论上，任何能自发进行的且能放出能量的氧化还原反应都可设计成原电池
【解答】D　行人踩踏地板产生的振动不属于化学能， A错误；在原电池的正极端氯离子和银离子反应，所以不可以用KCl饱和溶液制得的琼脂， B错误； Fe在浓硝酸中发生钝化，Cu能与浓硝酸反应，可组成原电池，但铁作正极、铜作负极，C错误；原电池是将化学能转化为电能，需要自发进行的释放能量的氧化还原反应， D正确。
3．关于下图所示的原电池，下列说法正确的是(　　)

A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，电极反应是2H＋＋2e－===H2↑
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变
【解答】A　锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。
4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)

①　　　②　　　③　　　④
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
【解答】B　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应，失去电子，故Al作负极，③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓硝酸反应失去电子，故Cu作负极，A、C项错误；②中电池总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B项正确；④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。
5．(1)控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。

甲　　　　　乙
请回答下列问题：
①反应开始时，乙中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为____________________。甲中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_______________________________。
②电流表读数为0时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作________(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为_________________________________________。
(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为__________。
【解答】　(1)根据反应2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，原电池负极反应式：2I－－2e－===I2，发生氧化反应。正极反应式：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，发生还原反应。
①反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应；②当电流表读数为0时反应已平衡，此时，在甲中加入FeCl2固体，反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动。因此，右侧石墨作正极，电极反应式为I2＋2e－===2I－；左侧石墨作负极，电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋。
(2)Cu作负极，O2在正极上得电子，电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
【答案】　(1)①氧化　2I－－2e－===I2　还原　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　②正　I2＋2e－===2I－　(2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O

内容2：化学电源
一、化学电源
1．概念
化学电源是将化学能变成电能的装置。
2．分类

3．判断电池优劣的主要标准
（1）比能量：即单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位(W·h)/kg或(W·h)/L。
（2）比功率：即单位质量或单位体积所能输出功率的多少，单位W/kg或W/L。
（3）电池的可储存时间的长短。
二、一次电池
1．一次电池
随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质被消耗，当这些物质消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。
2．碱性锌锰电池
（1）构造：

碱性锌锰电池的构造示意图
（2）组成：
正极：MnO2；负极：Zn；电解质：KOH。
（3）工作原理：
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－；
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
三、二次电池

铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
（1）负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。
（2）放电反应原理
①负极反应式是Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)；
②正极反应式是PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；
③放电过程中，负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。
（3）充电反应原理
①阴极(发生还原反应)反应式是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
②阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)；
③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。
四、燃料电池
1．氢氧燃料电池用Pt作电极，不断充入燃料(H2)和氧化剂(O2)，分别在两极发生氧化反应和还原反应，电池总反应式是2H2＋O2===2H2O。
2．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应
介质
负极反应式
正极反应式
酸性
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性
2H2－4e－===4H＋
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－

3.燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体。若用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入甲醇(CH3OH)和氧气，发生原电池反应。在负极发生氧化反应的是CH3OH，其最终产物是H2O、CO，负极反应式是2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O；正极反应式是3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；总反应式是2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O。
知识演练
1．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是(　　)
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中石墨电极
【解答】B　汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。
2．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应式为：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列关于该电池的电极反应，正确的是(　　)
A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．负极反应为Zn＋2H2O－2e－===Zn(OH)2＋2H＋
C．正极反应为2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnOOH
D．正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
【解答】D　在书写碱性电池的电极反应式时，方程式中不得出现H＋。在碱性电池中，负极的Zn失去电子形成的Zn2＋应该与OH－结合为Zn(OH)2。
3．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池正极反应为(　　)
A．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．H2－2e－===2H＋
C．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．H2－2e－＋2OH－===2H2O
【解答】A　该燃料酸性电池中，负极上氢气失电子生成氢离子，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，负极反应式为H2－2e－===2H＋，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
4．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
【解答】C 图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确；D项，放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。
5．某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压，该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
(1)充电时Fe(OH)3发生________反应。
(2)放电时电子由________极流向________(填“正”或“负”)极。
(3)放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是________。
【解答】　电子由负极流出，通过外电路流向正极，每1 mol K2FeO4发生反应，转移电子是3 mol，数目是1.806×1024，充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。
【答案】　(1)氧化　(2)负　正　(3)1.806×1024
内容3：电解原理
1．电解氯化铜溶液实验探究
（1）按如图所示装置完成实验，并填写下表。

实验现象
实验结论
电流表指针发生偏转
说明电解质溶液导电，形成闭合回路
与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质
析出金属铜
与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
产生了氯气
（2）实验原理分析：
①氯化铜溶液中存在的离子有Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，通电前这些离子在溶液中作自由运动。
②通电时在电场的作用下，溶液中的离子作定向运动，即Cl－、OH－趋向a极，Cu2＋、H＋趋向b极。
③a极电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，b极电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，总反应式是CuCl2Cu＋Cl2↑。
④结论：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。
2．电解和电解池
（1）电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
（2）电解池：将电能转化为化学能的装置。
（3）电解池的电极名称：
阴极：与直流电源负极相连的电极，发生还原反应；
阳极：与直流电源正极相连的电极，发生氧化反应。
（4）电解池的构成条件：
①具有直流电源；②两个电极(阴极、阳极)；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
(5)电子和离子移动方向：
①电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
【点拨】：(1)电解质溶液导电实际上是电解过程，发生氧化还原反应，是化学变化。 (2)金属导电是因为在电场作用下，自由电子发生定向移动，是物理变化。

知识演练
1．如图所示装置中，属于电解池的是(　　)

A　　　　B　　　C　　　　　 D
【解答】C　根据电解池的构成条件进行判断：装置A、B、D中无直流电源，装置D中不能形成闭合回路，故A、B、D不属于电解池。
2．电解池中，阳极的电极材料一定(　　)
A．发生氧化反应　 B．与电源正极相连
C．是铂电极 D．得电子
【解答】B　若阳极材料为活泼金属，则直接发生氧化反应；若为惰性电极，则最易失电子的阴离子发生氧化反应。
3．用石墨作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法正确的是(　　)
A．石墨电极周围有大量的钠离子
B．铁棒质量增加
C．电子通过熔融电解质流向铁棒
D．阴极发生氧化反应
【解答】B　氯离子移向阳极，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；钠离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na。
4．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在如图中，下列有关分析完全正确的是(　　)

选项
A
B
C
D
a电极
阳极
阴极
阳极
阴极
d电极
正极
正极
负极
负极
Q离子
阳离子
阳离子
阴离子
阴离子
【解答】B　电子由电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子移向阴极。
5．用石墨作电极，在Na＋、Cu2＋、Cl－、SO等离子中选出适当离子组成电解质，电解其溶液，写出符合条件的一种电解质的化学式：
（1）当阴极放出H2，阳极放出O2时，电解质是________。
（2）当阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质是________。
（3）当阴极放出H2，阳极放出Cl2时，电解质是________。
（4）通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极放出的气体的物质的量之比为4∶2∶1时，电解质是________。
【解答】惰性电极电解电解质溶液的类型有电解水型、电解电解质型、放氢气生碱型和放氧气生酸型。再根据阴、阳离子在电极的放电顺序判断。
(1)实质为电解水，故电解质是活泼金属的含氧酸盐，即Na2SO4。
(2)实质为放氧气生酸型，即电解质为不活泼金属的含氧酸盐，即CuSO4。
(3)实质为放氢气生碱型，即电解质为活泼金属的无氧酸盐，即NaCl。
(4)由阳极生成气体和转移电子的物质的量之比为1∶4，知阳极产生气体为O2,1 mol O2转移4 mol e－，金属与电子的物质的量之比为1∶2，故金属为＋2价，即Cu2＋，即为CuSO4。
【答案】(1)Na2SO4　(2)CuSO4　(3)NaCl　(4)CuSO4
内容4：电解原理的应用
一、电解饱和食盐水
1．概念：习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
2．原理：
（1）通电前，氯化钠溶液中含有的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。
通电时，移向阳极的离子是Cl－、OH－，移向阴极的离子是Na＋、H＋。
（2）阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；
因H＋放电，促进了水的电离，使阴极区溶液显碱性。
（3）电解的总反应式
化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH；
离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。
3．氯碱工业生产流程：
（1）阳离子交换膜电解槽

（2）阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量。
【点拨】氯碱工业规律的记忆口诀：氢气烧碱出阴极，氯气阳极相隔离。①因为阳极产物Cl2和阴极产物H2会发生反应，Cl2和NaOH会发生反应，因此工业上常用特殊的电解槽电解饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应。②阳极区Cl－放电生成Cl2，生成的Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性。
二、电镀
1．电镀的概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
2．某电镀铜实验装置(电镀池)如图所示。

请回答下列问题：
（1）铜片为镀层金属，与直流电源的正极相连，作阳极；
铁件为待镀金属，与直流电源的负极相连，作阴极；
硫酸铜溶液为电镀液，含有镀层金属离子。
（2）阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋；
阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
（3）可观察到的现象是铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解。
（4）硫酸铜溶液浓度的变化是不变。
3．电镀的特点是阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
【点拨】(1)电镀规律记忆口诀：镀层阳极待镀阴，镀层离子溶液跟。我与电解共原理，浓度不变要记真。
(2)电镀特点：“1多、1少、1不变”。“1多”是指阴极上有镀层金属沉积，“1少”是指阳极上有镀层金属溶解，“1不变”是指电解质溶液的浓度不变。
三、电解精炼铜
1．粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。电解池的构成是用粗铜作阳极，用纯铜作阴极，用硫酸铜溶液作电解质溶液。
2．阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋等；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
3．电解精炼铜的原理：粗铜中比铜活泼的金属锌、铁等，失去电子形成阳离子而溶解(残留在溶液中)；比铜不活泼的金属银、金等，以金属单质的形式沉积在电解槽的底部(形成阳极泥)；粗铜中的铜在纯铜上析出。
四、电冶金
1．金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程，从它们的化合物中还原出来。如Mn＋＋ne－===M。
2．电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。
如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠：
阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式为2Na＋＋2e－===2Na；
总反应方程式为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
知识演练
1．工业上电解食盐水的阴极区产物是(　　)
A．氯气　　 B．氢气和氯气
C．氢气和氢氧化钠 D．氯气和氢氧化钠
【解答】C　电解食盐水生成三种产物，在阴极区生成氢气和氢氧化钠，在阳极区生成氯气。
2．关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是(　　)
A．都用粗铜作阳极、纯铜作阴极
B．电解液的成分都保持不变
C．阳极反应都只有Cu－2e－===Cu2＋
D．阴极反应都只有Cu2＋＋2e－===Cu
【解答】D　A项，电镀时镀件作阴极；B项，电解精炼铜时电解液成分改变；电解精炼铜时，杂质若有比铜活泼的金属(如锌)，则阳极还会发生Zn－2e－===Zn2＋的反应。
3．(双选)下列描述中，不符合生产实际的是(　　)
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌作阴极
【解答】AD　电解池的阳极发生失电子的氧化反应、阴极发生得电子的还原反应。电解熔融的Al2O3制Al时，若用Fe作阳极，会发生反应Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋移动到阴极上发生反应Fe2＋＋2e－===Fe，使得到的Al不纯。在镀件上电镀锌，用锌作阳极，镀件作阴极。
4．按下图装置实验，若x轴表示流入阴极的电子的物质的量，则y轴可表示(　　)

①c(Ag＋)　②c(AgNO3)　③a棒的质量　
④b棒的质量　⑤溶液的pH
A．①③ B．③④
C．①②④ D．①②⑤
【解答】D　该电解池中阳极反应式为Ag－e－===Ag＋，阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag，所以随着电解的进行，c(Ag＋)不变，c(AgNO3)不变，溶液的pH不变。
5．某同学设计一个燃料电池(如图所示)，目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

甲　　 　乙　　　丙
根据要求回答相关问题：
(1)通入氢气的电极为________(填“正极”或“负极”)，该电极反应式为____________________________________。
(2)石墨电极为________(填“阳极”或“阴极”)，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，________(填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。
(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上的电极反应式为______________________________。
【解答】　(1)通入氢气的电极为负极，电解质溶液是碱性的，该电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(2)石墨电极与电源的正极连接，石墨电极为阳极，反应一段时间后，在乙装置中滴入酚酞溶液，溶液中的H＋在阴极(Fe电极)放电，破坏了附近的水的电离平衡，该区域的溶液显碱性，因此铁极的溶液先变红。
(3)粗铜中比铜活动性强的金属失去电子被氧化，溶液中的铜离子得到电子被还原，因此硫酸铜溶液浓度将减小；精铜电极上的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
【答案】(1)负极　H2－2e－＋2OH－===2H2O
(2)阳极　铁极　(3)减小　Cu2＋＋2e－===Cu
内容5：金属的腐蚀与防护
一、金属的腐蚀
1．金属腐蚀
（1）概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
（2）由于与金属接触的气体或液体物质不同，发生腐蚀的情况也不同，发生腐蚀的情况也不同，一般金属腐蚀可分为两类：
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。温度对化学腐蚀的影响很大。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。
2．钢铁的电化学腐蚀
由于条件不同，钢铁腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种类型。

析氢腐蚀
吸氧腐蚀
示意图

钢铁的析氢腐蚀示意图

钢铁的吸氧腐蚀示意图
水膜环境
在酸性环境中
水膜酸性很弱或呈中性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
2Fe－4e－===2Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
联系
吸氧腐蚀更普遍
【点拨】(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，速率也大得多危害更大。
(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。
(3)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。
3．实验探究[实验4－3]
（1）实验1：将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入下图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化。

现象及原因：实验1中导管中的水柱上升，铁钉生锈。说明该过程铁钉被腐蚀。铁钉发生的是吸氧腐蚀。
（2）实验2: 取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1～2滴硫酸铜溶液，再观察现象。
现象及原因：开始时试管中均有无色气体产生，滴加硫酸铜溶液后产生气体的速率明显加快。原因是锌置换出铜后构成了铜锌原电池，锌作负极，腐蚀速率加快。
二、金属的防护
1．改变金属材料的组成：在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。例如，把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品。
2．在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开。
（1）在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。
（2）用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。
（3）工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。
（4）利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。
（5）采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面可以形成稳定的钝化膜。
3．电化学保护法
（1）牺牲阳极法
①应用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连。

牺牲阳极法示意图
②[实验4－4]实验验证
实验1　已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：
3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
实验装置

实验操作
按如图所示连接好装置；往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液
实验现象
电流表指针发生偏转，Fe电极上有气泡产生，但往Fe电极附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液不显特征蓝色
有关反应
Zn电极：Zn－2e－===Zn2＋
Fe电极：2H＋＋2e－===H2↑
实验结论
Zn、Fe和经过酸化的NaCl溶液构成原电池，铁被保护未被腐蚀
实验2　将1 g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中。观察并解释实验现象。

(a)　　　　　　　(b)
牺牲阳极法实验
实验现象：a中溶液变红色，b中铁钉附近出现蓝色沉淀，铜丝附近溶液变红色。
（2）外加电流法
外加电流法把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液里，外接直流电源。

外加电流法示意图
知识演练
1．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　)
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，产物最终转化为铁锈
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
【解答】D　金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误。
2．下列叙述错误的是(　　)
A．原电池工作时的负极发生氧化反应　
B．在镀件上电镀锌，用锌作阳极　
C．钢铁发生吸氧腐蚀时，表面水膜的pH增大　
D．电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量与阴极析出铜的质量一样多
【解答】D　原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应， A正确；依据电镀原理可知，镀层金属做阳极，在镀件上电镀锌，则锌作阳极， B正确；钢铁表面发生吸氧腐蚀时，正极上的电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，即钢铁表面水膜的pH增大， C正确；电解精炼铜时，因为粗铜含有杂质，所以开始通电一段时间后，阳极溶解的铜的质量比阴极析出的铜的质量少， D错误。
3．研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(　　)
A．d为石墨，铁片腐蚀加快
B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
【解答】D　A项，由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确；B项，d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；C项，若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D项，d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。
4．如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉，撒入内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中，打开止水夹片刻后，下列有关该实验的说法合理的是(　　)

甲　　　　　　乙
A．甲装置导管口有气泡，乙装置导管内出现一段液柱
B．甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
C．乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D．乙装置导管口有气泡冒出
【解答】D　甲图中的电解质溶液呈中性，所以发生的是吸氧腐蚀，A、B两项均错；乙图中的电解质溶液呈酸性，发生的是析氢腐蚀，有气体产生，C项错，D项正确。
5．如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：

（1）铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。
（2）若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀，电极反应式分别为负极：______________；正极：__________________。
（3）若试管内液面下降，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀，电极反应式分别为负极___________；正极：_______________。
【解答】　根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件原理及结果可知：试管内液面上升，说明是试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应式；试管内液面下降，说明是试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉析氢腐蚀的结果，据此写出电极反应式。
【答案】　(1)电化学
(2)弱酸性或中　 吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(3)较强的酸　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑

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章末综合测评(四)
(时间：90分钟，满分：100分)
一、选择题：(本题共10小题，每题2分，共20分，每题只有一个选项符合题意)
1．下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是(　　)

A．电池Ⅰ中锌是正极
B．电池Ⅱ是一次性电池
C．电池Ⅲ工作时，氢气发生还原反应
D．电池Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
【解答】D　电池Ⅰ中锌是负极，铜是正极，A错误；电池Ⅱ为铅蓄电池，属于二次电池，B错误；电池Ⅲ为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C错误；电池Ⅳ为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极流向正极，D正确。
2．在理论上可设计成原电池的化学反应是(　　)
A．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＞0
B．Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)===BaCl2(aq)＋2NH3·H2O(l)＋8H2O(l)　ΔH＞0
C．CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)　ΔH＜0
D．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＜0
D　原电池反应是放热的氧化还原反应，C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2 (g)属于吸热反应， A错误； B、C不是氧化还原反应，且为吸热反应，错误。
3．下列叙述正确的是(　　)
A．电解质溶液导电的过程实际上就是电解的过程
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，电解质溶液中铜离子浓度保持不变
D．铁与稀硫酸反应时，加入过量硫酸铜溶液，可使反应速率加快
【解答】A　氢氧燃料电池的负极发生失去电子的氧化反应，氢气放电，B错误；粗铜精炼时，阳极是粗铜，粗铜中的杂质也会失去电子，而阴极始终是铜离子放电，因此电解质溶液中铜离子浓度降低，C错误；铁与稀硫酸反应时，加入过量硫酸铜溶液，铁全部被铜离子氧化，不能生成氢气，D错误。
4．锂­空气电池是一种新型的二次电池，由于具有较高的比能量而成为未来电动汽车的希望。其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该电池放电时，锂电极发生了还原反应
B．放电时，Li＋向锂电极迁移
C．电池中的电解液可以是有机电解液或稀盐酸等
D．充电时，电池阳极的反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑
【解答】D　该电池放电时，负极锂失电子发生了氧化反应， A错误；电解液中Li＋由锂电极迁移向多孔电极， B错误；锂是活泼金属，能与稀盐酸发生反应，所以电解液不能为稀盐酸，可用有机电解液作电解液， C错误；充电时电解池的阳极反应为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，D正确。
5．科学家最新研究表明，一种糖生物电池可以完全将糖中的化学能量转变为电流，它使用酶代替贵金属催化剂，利用空气氧化糖类产生电流。下列有关判断正确的是(　　)
A．该电池不宜在高温下工作　
B．放电过程中，电池内阳离子向负极迁移　
C．若该电池为酸性介质，则正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．若该电池为碱性介质，且以葡萄糖为原料，则电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
【解答】A　糖生物电池中的催化剂为生物酶，高