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专题08 化学反应与能量(二)
目 录
实验1 简单的电镀实验
实验2 制作简单的燃料电池
实验3 铁钉的吸氧腐蚀实验
实验4 牺牲阳极法实验
实验1 简单的电镀实验
实验装置
实验原理
Fe 作阴极：Cu2++2e-=Cu；Cu 作阳极：Cu－2e-=Cu2+
实验用品
烧杯、砂纸、导线、2～3 V 的直流电源、电流表。
铁制镀件、铜片、电镀液(以CuSO4溶液为主配制)、1 mol·L－1 NaOH 溶液、20%盐酸。
实验步骤
1.把铁制镀件用砂纸打磨干净，放入1 mol·L－1 NaOH 溶液中除去油污， 然后用蒸馏水洗
净。再放入20%盐酸中除锈，几分钟后取出，并用蒸馏水洗净。
2．把铁制镀件与2～3 V 的直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连(如图)。将两极
平行浸入电镀液中，两极间距约5 cm， 5～10 min 后取出，观察镀件表面发生的变化。
实验现象
通电一段时间可观察到铜片逐渐溶解，变薄；铁片表面覆盖一层红色物质。
实验结论
通过电解原理可以在金属表面镀上其它金属
实验说明
铜是活性电极，作阳极，失去电子生成铜离子进入电解质溶液，铜离子向阴极移动，在铁片
表面得电子生成铜单质。
考点1 电镀
1．电镀：利用______原理在某些金属表面镀上一薄层其他______或______的加工工艺。
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2．目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
3．电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)：
阳极材料：镀层金属______，电极反应：_______________；
阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：_______________。
电解质溶液：Cu2＋浓度_______________。
考点2 电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质)
阳极材料：______，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极材料：______，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；
电解质溶液：Cu2＋浓度______，金、银等金属沉积形成阳极泥。
变式1 变药品
电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀
层金属溶解；“一不变”指电镀液电解质溶液的浓度不变。
【例1】铁钉镀铜的实验如图所示，有关说法不正确的是( )
A．砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污，再用盐酸除锈
B．铁钉与直流电源正极相连，铜与直流电源负极相连，将两极平行浸入电镀液中
C．在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮
D．电镀一段时间后，在铁钉表面可看到光亮的紫红色物质，铜片逐渐变薄
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【强化训练1-1】利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
【强化训练1-2】如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu 的装置示意图，下列有关叙述不
正确的是( )
A．电极A 是粗铜，电极B 是纯铜 B．电路中通过1 mol 电子，生成32 g 铜
C．溶液中SO 向电极A 迁移 D．膜B 是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
变式2 变考法
电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质
量不相等。
【例2】火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工
业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au 等杂质的粗铜提纯，回答下列
问题：
(1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为________________________；纯铜作____极，
电极反应为____________________。
(2)电解质溶液应选择______________(填字母)。
A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液 C．ZnSO4溶液
(3)电解后，电解槽底部会形成含少量__________等金属的阳极泥。
(4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过的电子为______mol。
【强化训练2-1】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质，可用电解法制备高
纯度的镍，思考回答下列问题：
(1)阳极发生氧化反应，其电极反应式：_________
__
______
___
_________________________
。
(2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加_________ (填“相等”或“不相等”)。
(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有________、Ni2＋等。
(4)电解后，电解槽底部含有________等金属。
【强化训练2-2】氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂，利用如图所示装置
制备氧化亚铜和精炼铜，已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是( )
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A．乙池中电解后X 极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳
B．电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该
气体
C．若该装置的能量转化率为80%，则当外电路有1.93×105 C 电量通过(法拉第常数F＝9.65×104
C·mol－1)时可制得115.2 g 的Cu2O
D．由图可知装置甲中制备Cu2O 的总反应式为2Cu＋H2O=====Cu2O＋H2↑
实验2 制作简单的燃料电池
实验装置
实验原理
1.电解水：
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，总反应式：
2H2O==2H2↑＋O2
2.氢氧燃料电池：
负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应式：2H2＋O2===2H2O
实验用品
仪器:U 形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)，3~6 V 的直流电源、鳄鱼夹、导
线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。
药品:1 mol/L Na2SO4溶液、酚酞溶液。
实验步骤
1.电解水：在U 形管中注入1 mol·L-1 Na2SO4溶液，再滴入2 滴酚酞溶液。在U 形管的两边分
别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接直流电源。闭合K1，接通直流电源开始电解，观
察现象。
2.制作一个氢氧燃料电池：当电解水进行2 min 后，打开K1，断开直流电源，将两根石墨棒用
导线分别与电流表连接，闭合K2，观察现象。
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实验现象
1.阳极产生气泡，阴极产生气泡，电极附近的溶液变红，阳极液面高。
2.电流表指针偏转。
实验结论
1.电解1 mol·L-1 Na2SO4溶液，阳极得到O2，阴极得到H2。
2.氢气与氧气反应由化学能转化为电能的过程可以实现。
考点1 燃料电池
1．氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
种类
酸性
碱性
负极反应式
_______________
_______________
正极反应式
_______________
_______________
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
备注
燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
2．燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
3．燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH 溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸
盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。
考点2 氢氧燃料电池和电解水的原理比较
氢氧燃料电池
电解水
能量
化学能→电能
电能→化学能
装置
电极反应式
负极：_______________
正极：_______________
总反应式：_______________
阳极：_______________
阴极：_______________
总反应式：_______________
电子流向
负极→______
负极→______极，______极→正极
离子流向
阳离子→______极，阴离子
→______极
阳离子→______极，阴离子→______极
反应类型
自发的氧化还原反应
非自发的氧化还原反应
变式1 变药品、变装置、变考法
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1．
【例1】某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是( )
A．左侧电极是负极，发生还原反应
B．右侧电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．当有0.1mol 电子通过导线时，左侧消耗标准状况下1.12L 气体
D．电子由a 极流出经用电器达到b 极，再由b 极经电解质溶液流回a 极形成闭合回路
【强化训练1-1】用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是(
)
A．电极X 作负极
B．当有0.001molCH3CH2OH 反应，理论上有0.002mol 电子通过外电路
C．正极电极反应式是O2+4H++4e-=2H2O
D．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移
【强化训练1-2】熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO 阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属
碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni 阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为
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O2+2CO2+4e-=2CO3
2-，下列有关说法中错误的是( )
A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率
B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代
C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触
D．放电时，阳极(负极)反应式为2H2+2CO3
2--4e-=2CO2+2H2O
变式2 变考法
【例2】HCOOH 燃料电池。研究 HCOOH 燃料电池性能的装置如图-2 所示，两电极区间用允许K+、
H+通过的半透膜隔开。
(1)电池负极电极反应式为_____________；放电过程中需补充的物质A 为_________(填化学式)。
(2)图-2 所示的 HCOOH 燃料电池放电的本质是通过 HCOOH 与O2的反应，将化学能转化为电能，其
反应的离子方程式为_______________。
【强化训练2-1】潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池工作原理如图所示：
(1)电极a 名称是___________。
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(2)电解质溶液中OH-离子向___________移动(填“电极a”或 “电极b”)。
(3)电极b 的电极反应式为___________。
【强化训练2-2】甲醇燃料电池可使甲醇作燃料时的能量转化更高效，某种甲醇燃料电池的工作原理
如图所示，其电极反应如下：2CH3OH+2H2O-12e- =12H++2CO2， 3O2+12H++12e-=6H2O。
(3)电极A 的名称是_______(填“正极”或“负极”)；甲醇从_______(填“b”或“c”)处通入。
(4)甲醇燃料电池供电时的总反应方程式为_______
(5)当该装置消耗64g 甲醇时，转移电子的数目为_______；若这部分电子全部用于电解水，理论上可产
生标准状况下氢气_______L。
实验3 铁钉的吸氧腐蚀实验
实验装置
实验原理
(1)负极：2Fe－4e-=2Fe2+；正极：O2+4e-+2H2O=4OH-；总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2；
后续反应：Fe(OH)2
Fe(OH)3→Fe2O3•xH2O
(2)负极：Zn－2e-=Zn2+；正极：2H+2e-=H2；总反应：Zn+2H+=Zn2++H2
实验用品铁钉、锌片、饱和食盐水、稀盐酸、CuSO4溶液、水；具支试管、橡皮塞、导管、试管。
实验步骤
(1)将经过酸洗涤除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入图4-21 所示的具支试管中。几分钟
后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。
(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。解释引起这种变化的原因。
实验现象
(1)几分钟后，导管末端的水柱液面上升，铁钉表面有锈迹产生
(2)滴有硫酸铜溶液的试管中产生气泡的速率快
实验结论(1)铁钉在中性的食盐水溶液中易发生吸氧腐蚀。(2)电化腐蚀比化学腐蚀快
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实验说明
①装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀，装置的气密性必须良好，否则
很难观察到导管末端的水柱高度变化。
②Zn 与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu 和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快。
考点1 钢铁的电化学腐蚀
1．析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类别
项目
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
示意图
条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
负极反应式
__________________
正极反应式
__________________
__________________
总反应
__________________
__________________
联系
通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍
2．实验探究
实验操作
实验现象
实验解释
导管中
____________
装置中铁、碳和饱和食盐水构成
_______，铁钉发生_______腐蚀
①试管中产生气
泡的速率快
Zn 与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu 和稀
盐酸构成_______，发生_______腐蚀，
产生气泡的速率更_____
考点2 金属腐蚀的快慢比较
1．在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是电解池的_____极＞原电池的_____极＞化学
腐蚀＞原电池的_____极＞电解池的_____极。
2 ．在不同溶液中，金属在____________ 中的腐蚀＞金属在____________ 中的腐蚀；金属在
____________中的腐蚀＞金属在____________中的腐蚀。
3．对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越_____，腐蚀越_____。
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变式1 变药品
【例1】如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4 的雨水和生铁片。观察到：开始导
管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。以下有关解释合理的是( )
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH 逐渐减小
【强化训练1-1】铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中Fe、Cu 均被腐蚀
D．此过程中电流从Fe 流向Cu
【强化训练1-2】宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。
研究青铜器(含Cu、Sn 等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。如图为青铜器在潮湿
环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是( )
A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c 作负极
B．潮湿环境中Cl－浓度大时有利于多孔粉状锈的生成
C．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为4.48 L
D．环境中的Cl －与正、负两极反应的产物作用生成a 的离子方程式为2Cu2 ＋＋3OH －＋Cl －
===Cu2(OH)3Cl↓
变式2 变装置
【例2】化学小组研究金属的电化学腐蚀，实验如下：
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实验
Ⅰ
Ⅱ
装置
现象
锌片附近处颜色无变化，裸露在外的铁钉
附近处出现红色。
铜片附近处出现红色，裸露在外的铁钉
附近处出现蓝色
下列说法正确的是( )
A．实验I 和Ⅱ中铁钉均为负极
B．实验I 和Ⅱ中均发生吸氧腐蚀，且铁钉腐蚀速度实验
实验Ⅱ
C．一段时间后，实验I 铁钉附近也出现了蓝色，可能是K3[Fe(CN)6]氧化了单质Fe
D．一段时间后，实验I 和实验Ⅱ中均出现红褐色
【强化训练2-1】如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是( )
A．若B 处液面上升，A 溶液可能是酸性溶液
B．若A 溶液为NaCl 溶液，B、C 液面始终保持不变
C．可能产生Fe2O3·nH2O
D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
【强化训练2-2】下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是( )
序号
①
②
③
实验
现象
8 小时未观察到明显锈蚀
8 小时未观察到明显锈蚀
1 小时观察到明显锈蚀
A．对比实验①②③，说明苯能隔绝O2
B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2
C．实验②中，饱和食盐水中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀
D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
实验4 牺牲阳极法实验
I
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实验装置
实验原理
锌电极：Zn－2e-=Zn2+； 铁电极：2H++2e-=H2↑；
总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
实验用品
K3[Fe(CN)6]溶液、酸化的 3%NaCl 溶液、酚酞溶液、琼脂；Zn、Fe、电压表、烧杯、培养
皿。
实验步骤
①按图连接好装置，观察电压表和铁电极上的现象。往铁电极区滴入 2 滴黄色 K3[Fe(CN)6]
(铁氰化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色的变化。
②将1g 琼脂加入250mL 烧杯中，再加入50mL 和食盐水和150mL 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2～3cm 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
察实验现象
实验现象
①电压表指针发生偏转，铁电极上有气泡产生；往铁电极区滴入 K3[Fe(CN)6]溶液后，溶液不变
蓝色。
②a 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。
实验结论
①图示装置构成了原电池，较活泼金属锌被腐蚀，铁未被腐蚀(被保护)。
②实验②说明裹有锌皮的铁钉未被腐蚀，铁被保护，缠有铜丝的铁钉被腐蚀，铁未被保护。
考点1 吸氧腐蚀
1．裹有锌皮的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于________腐蚀。锌比铁活泼，锌一端为
负极(阳极)，锌失去电子变成锌离子，铁钉为正极(阴极)，氧气得到电子，变成氢氧根离子使该端溶液的碱
性增强酚酞变_______。
2．缠有铜丝的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于________腐蚀。铁比铜活泼，铁一端为
负极(阳极)，铁失去电子变成铁离子，铁离子与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀；铜一端为正极(阴极)，氧
气得到电子，生成的氢氧根离子使该端溶液的碱性增强，酚酞变_______。
考点2 电化学保护法
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1．牺牲阳极法
(1)原理：原电池原理，被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作________。
(2)应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
2．外加电流法
原理：电解池原理，被保护的金属作为________，与电源的________相连。
应用：钢铁闸门、高压线铁架、地下管道连接直流电源的负极。
变式1 变药品
【例1】验证牺牲阳极法实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl 溶液)。
①
在Fe 表面生成蓝色沉淀
②
试管内无明显变化
③
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn 保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe 氧化
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C．验证Zn 保护Fe 时不能用①的方法
D．将Zn 换成Cu，用①的方法可判断Fe 比Cu 活泼
【强化训练1-1】取琼脂、饱和食盐水的混合溶液倒入培养皿中，滴入几滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，
混合均匀，放入裹有锌片的铁钉(如下图所示)，一段时间后，下列说法不正确的是( )
A．锌片附近琼脂颜色变红
B．铁钉上的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-
C．离子在半凝固态的琼脂内可定向移动
D．将锌片改为铜片，琼脂中会出现蓝、红、蓝三个色块
【强化训练1-2】将金属M 连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境
中，下列有关说法正确的是( )
A．阴极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+
B．金属M 的活动性比Fe 的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
变式2 变装置
【例2】某城市为了减少钢管因锈蚀而造成的损失，拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢管。
下列有关说法正确的是( )
A．在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生吸氧腐蚀
B．在潮湿的酸性土壤中金属棒M 中的电子通过导线流向钢管
C．在潮湿的酸性土壤中H＋向金属棒M 移动，抑制H＋与铁的反应
D．钢管与金属棒M 也可用导线分别连接直流电源的正、负极
【强化训练2-1】闸门由钢质材料制作，长期浸于水中，通常采用如图装置对钢闸门进行保护。下列
说法不正确的是( )
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A．a、b 间用导线连接时，则X 可以是锌莫测 B．a、b 间接入电源时，a 应连在电源的负极上
C．X 应定期更换 D．a、b 间用导线连接时，则X 发生还原反应
【强化训练2-2】某实验小组欲探究牺牲阳极法的原理，设计如图实验装置：
实验Ⅰ：向烧杯中加入一定量的饱和食盐水，插入两个无底玻璃筒。将一根锌棒和一根铁棒用导线与
电流表连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流表指针发生偏转。
(1)锌棒上发生的电极反应为________________________________________________；
铁棒上发生的电极反应为________________。
(2)从铁棒附近取少量溶液于试管中，再向试管中滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液，无明显现象，这说明该
实验中无________产生。
实验Ⅱ：该小组的同学将锌棒换为铜棒，并用导线将其与电流表连接。一段时间后，从插入铁棒的玻
璃筒内取少量溶液于试管中，再向试管中滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，向插入铜棒的玻璃筒内滴入几滴酚酞
溶液。
(3)实验Ⅱ中电流表指针的偏转方向与实验Ⅰ________(填“相同”或“相反”)。
(4)在铁棒和铜棒附近可观察到的现象分别是__________________、____________________。
(5)上述两个实验表明，活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对________(填“活
泼”或“不活泼”)的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为____________。
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