- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
(2013春•韶关期末)如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置.
(1)当电极a为Fe、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸时,写出该电池正极的电极反应式:______;当a极溶解的质量为2.8g时,有______mol电子通过导线.
(2)当电极a为Fe、电极b为Cu、电解质溶液为氯化铁溶液时,该装置______(填“能”或者“不能”)形成原电池,若不能,请说明理由(若能,该空不作答):______.若能,该原电池的正极反应式为______.
(3)当电极a为Fe、电极b石墨、电解质溶液为稀硫酸时,该电池反应与(1)______
(填“相同”或“不相同”).
正确答案
2H++2e-=H2↑
0.1
能
-
Fe3++e-=Fe2+
相同
解析
解:(1)Fe、Cu、稀硫酸溶液构成的原电池,金属Fe作负极,金属Cu为正极,正极上氢离子得到电子生成氢气,电极反应式为:2H++2e-=H2↑;2.8g铁的物质的量为:=0.05mol,0.05mol铁完全反应失去0.1mol电子,
故答案为:2H++2e-=H2↑;0.1;
(2)当电极a为Fe、电极b为Cu、电解质溶液为氯化铁溶液时,由于铁离子与铁反应生成亚铁离子,所以能够形成原电池,负极为铁,正极为铜,铁离子在正极得到电子生成亚铁离子,电极反应式为:Fe3++e-=Fe2+,
故答案为:能; Fe3++e-=Fe2+;
(3)当电极a为Fe、电极b石墨、电解质溶液为稀硫酸时,负极仍然为铁,正极为石墨,正极上氢离子得到电子生成氢气,电极反应与(1)完全相同,
故答案为:相同.
Ⅰ.如图所示的是探究金属腐蚀条件的实验装置图,请分析实验并回答下列问题:
(1)若起始时甲、乙、丙3套装置的导管中液面高度相同,过一段时间后液面最高的是______.
(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越______(填“高”或“低”)钢铁越易腐蚀.
(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为______.
Ⅱ.利用化学反应:2FeCl3+Cu═2FeCl2+CuCl2,请你选择合适的电极材料和电解质溶液,设计一个原电池.可供选择的电极材料:铁棒、铜棒、石墨棒.可供选择的电解质溶液:CuCl2溶液、FeCl2溶液、FeCl3溶液.
请填写下列空白:
(1)选择______作正极材料,______作负极材料;选择______作电解质溶液.
(2)写出有关的电极反应式:正极:______;负极:______.
正确答案
乙
高
O2+4e-+2H2O═4OH-
石墨
铜
FeCl3溶液
2Fe3++2e-=2Fe2+
Cu-2e-=Cu2+
解析
解:Ⅰ.(1)甲为铁粉在氯化钠溶液中的腐蚀,乙为铁粉与碳形成原电池的腐蚀,而丙的腐蚀没有电解质溶液,所以腐蚀的速率大小为:乙>甲>丙,故过一段时间后液面最高的是乙,
故答案为:乙;
(2)甲中为铁粉,乙为铁粉与碳粉的混合物,甲的腐蚀速率小于乙的,通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越高,钢铁越易腐蚀,
故答案为:高;
(3)乙装置中发生电化学腐蚀时,分解铁失去电子,正极氧气得到电子生成氢氧根离子,正极的电极反应式为:O2+4e-+2H2O═4OH-,
故答案为:O2+4e-+2H2O═4OH-;
Ⅱ.(1)由反应“2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2”可知,反应中铜失电子而被氧化,应为原电池负极,正极应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属材料,Fe3+在正极得到电子而被还原,电解质溶液为FeCl3,
故答案为:石墨;铜;FeCl3溶液;
(2)负极上铜失电子发生氧化反应,正极上铁离子得电子发生还原反应,其负极反应式为Cu-2e-=Cu2+,正极为2Fe3++2e-=2Fe2+,
故答案为:2Fe3++2e-=2Fe2+;Cu-2e-=Cu2+.
某研究小组对铁生锈进行研究:
(1)经过较长时间后,甲同学观察到的现象是:上图中的铁钉最容易生锈的是______(填字母).
(2)根据实验条件判断,在铁钉的锈蚀过程中,正极的电极反应为:______;
(3)若为了防止铁钉生锈,该小组同想在铁钉表面镀上一层金属,该金属最好是______.
A.锡 B.铜 C.锌
(4)钢铁容易腐蚀,工业生产中常需对钢铁进行“发蓝”处理,以有效避免或减缓钢铁的腐蚀.所谓“发蓝”,就是在钢铁零件等进行氧化处理,使其表面形成一层致密的蓝黑色氧化膜.发蓝处理过程可表示如下:
为检验经过步骤Ⅳ处理的铁件是否合格,常往成品表面滴上5%的硫酸铜溶液,如果成品不合格(即铁件表面有微小松孔,未形成致密的氧化膜),一段时间将观察到的现象为______.
正确答案
A
O2+2H2O+4e-=4OH-
C
铁制品表面有红色固体析出
解析
解:(1)A.铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀;B.植物油隔绝空气,铁难以腐蚀;C.碱石灰吸水,在干燥的空气中铁难以腐蚀,所以最容易俯视的是A,
故答案为:A;
(2)铁在腐蚀过程中,正极氧气得到电子生成氢氧根离子,发生的电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-,
故答案为:O2+2H2O+4e-=4OH-;
(3)在铁表面镀上一层锌,锌比铁活泼,当镀层破损后,易腐蚀锌而保护铁,
故答案为:C
铁在潮湿的空气中易形成原电池反应,发生吸氧腐蚀而被氧化,故答案为:潮湿的空气;
(4)铁能与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜,反应的方程式为:Fe+CuSO4═FeSO4+Cu,所以如果成品不合格,一段时间将观察到的现象为:铁制品表面有红色固体析出,
故答案为:铁制品表面有红色固体析出.
某课外小组分别用如图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究.
请回答:
Ⅰ.用图1所示装置进行第一组实验.
(1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代Cu做电极的是______(填字母序号).
A.铝 B.石墨 C.银 D.铂
(2)N极发生反应的电极反应式为______.
(3)实验过程中,SO42-______(填“从左向右”、“从右向左”或“不”)移动;滤纸上能观察到的现象有______.
Ⅱ.用图2所示装置进行第二组实验.实验过程中,两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清.查阅资料发现,高铁酸根(FeO42-)在溶液中呈紫红色.
(4)电解过程中,X极区溶液的pH______(填“增大”、“减小”或“不变”).
(5)电解过程中,Y极发生的电极反应为Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O 和4OH--4e-═2H2O+O2↑,若在X极收集到672mL气体,在Y极收集到168mL气体(均已折算为标准状况时气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少______ g.
(6)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池反应为:2K2FeO4+3Zn═Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2该电池正极发生的反应的电极反应式为______.
正确答案
A
2H++2e-═H2↑(或2H2O+2e-═H2↑+2OH-)
从右向左
滤纸上有红褐色斑点产生
增大
0.28
2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-
解析
解:Ⅰ、(1)在保证电极反应不变的情况下,仍然是锌作负极,则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属,铝是比锌活泼的金属,所以不能代替铜,故选A;
(2)N电极连接原电池负极,所以是电解池阴极,阴极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为:2H++2e-═H2↑(或2H2O+2e-═H2↑+2OH-),故答案为:2H++2e-═H2↑(或2H2O+2e-═H2↑+2OH-);
(3)原电池放电时,阴离子向负极移动,所以硫酸根从右向左移动,电解池中,阴极上氢离子得电子生成氢气,阳极上铁失电子生成亚铁离子,亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁被氧气氧化生成氢氧化铁,所以滤纸上有红褐色斑点产生,故答案为:从右向左,滤纸上有红褐色斑点产生;
Ⅱ、(4)电解过程中,阴极上氢离子放电生成氢气,则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液,溶液呈碱性,溶液的pH增大,故答案为:增大;
(5)X电极上析出的是氢气,Y电极上析出的是氧气,且Y电极失电子进入溶液,设铁质量减少为xg,根据转移电子数相等得×2=
×4+
×6,解得x=0.28g,故答案为:0.28;
(6)正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应,反应方程式为2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-,
故答案为:2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-.
某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件,按下图所示装置进行实验
分析上述数据,回答下列问题:
(1)实验1中由A极流向B极的是______(填“电流”或“电子”);
(2)实验4中电子由B极流向A极,表明负极是______电极(填“镁”或“铝”);电极反应式为:______;
(3)实验3表明______(选填序号);
①铜在潮湿空气中不会被腐蚀 ②铜的腐蚀是自发进行的
(4)分析上表有关信息,下列说法不正确的是______(选填序号).
①相对活泼的金属一定做负极
②失去电子的电极是负极
③烧杯中的液体,必须是电解质溶液
④浸入同一电解质溶液中的两个电极,是活泼性不同的二种金属(或其中一种能导电的非金属)
正确答案
电子
铝
Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O
②
①
解析
解:(1)实验1中Zn较活泼,为原电池的负极,Cu为正极,电流从正极流向负极,而电子带负电荷,由负极流向正极,即从A极流向B极的是电子,
故答案为:电子;
(2)实验4中,Al可与NaOH反应而Mg不反应,则形成原电池时Al为负极,Mg为正极,负极反应式为:Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O,
故答案为:铝;Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O;
(3)铜在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀,为自发的氧化还原反应,所以②正确,
故答案为:②;
(4)①相对活泼的金属不一定做负极,如实验4中电子由B极流向A极,Al为负极,故①错误;
②负极发生氧化反应,活泼金属失去电子被氧化,故②正确;
③烧杯中的液体,必须是电解质溶液,原电池工作时溶液中通过离子的定向移动形成闭合回路,故③正确;
④形成原电池的两极应是活泼性不同的两种金属或金属与非金属,可形成电势差而形成电流,故④正确;
故答案为:①.
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