- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
已知：构成两电极的金属其活动性相差越大，电压表读数越大．依据表中数据判断下列说法正确的是（ ）
正确答案
解析
解：原电池中，电子流向和电流流向相反，电子从负极流向正极，负极金属的活泼性一般要大于正极金属的．
A-Cu连接时，电子从A→Cu，所以A的金属性大于铜；
B-Cu连接时，电子从Cu→B，所以铜的金属性大于B；
C-Cu连接时，电子从C→Cu，所以C的金属性大于铜；
D-Cu连接时，电子从D→Cu，所以D的金属性大于铜；
所以最不活泼的是B，其次是Cu，根据A、C、D的电压数据，知道压出越大，金属的活泼性差距越大，所以活泼性：C＞A＞D．，即金属的活泼性顺序是：C＞A＞D＞Cu＞B．
A、金属性由强到弱的顺序为：C＞A＞D＞B，故A错误；
B、金属B的活泼性弱于铜，所以金属B不能从CuSO4溶液中置换出单质铜，故B正确；
C、放金属C时，金属C的活泼性强于Cu，所以C是负极，Cu是正极，正极铜片上发生得电子的还原反应O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；
D、金属D的活泼性强于金属铜，D是负极，Cu是正极，金属D表面反应为D失电子的氧化反应，故D错误．
故选B．
（1）如图所示为某实验小组依据氧化还原反应：（用离子方程式表示）______设计的原电池装置，反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差18g，则导线中通过______mol电子．
（2）用胶头滴管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式______，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红；继续滴加过量新制饱和氯水，红色褪去，假设之一是“溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态”．如果+3价铁被氧化为FeO42-，试写出该反应的离子方程式______．
（3）如图其它条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图所示，石墨（1）为______极（填“正”、“负”、“阴”或“阳”）．在甲装置中滴加几滴酚酞试液，振荡均匀，一段时间后，在甲装置中观察到______电极（填“铁”或“铜”）附近溶液先变红，该电极的反应式为______．
正确答案
解：（1）图中为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e-=Fe2-，石墨为正极，发生Cu2++2e-=Cu，总反应式为Fe+Cu2+═Fe2++Cu，一段时间后，两电极质量相差12g，
则 Fe+Cu2+═Fe2++Cu 两极质量差△m 转移电子
56g 64g 56g+64g=120g 2mol
18g n
解得：n=0.3mol，
故答案为：Fe+Cu2+═Fe2++Cu；0.3；
（2）用吸管吸出铁片附近溶液即Fe2+的溶液，加入氯水发生2Fe2++Cl2═2Fe3++2Cl-，如果+3价铁被氧化为FeO42-，
发生2Fe3++3Cl2+8H2O═2FeO42-+6Cl-+16H+，
故答案为：2Fe2++Cl2═2Fe3++2Cl-；2Fe3++3Cl2+8H2O═2FeO42-+6Cl-+16H+；
（3）若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，甲装置为铁的吸氧腐蚀，铁为负极，铜为正极，正极发生 O2+2H2O+4e-═4OH-，呈碱性，滴加酚酞，溶液变红，则乙装置与铜相连的石墨为阳极，与铁相连的石墨为阴极，乙为电解池装置，阳极发生2Cl--2e-═Cl2↑，
故答案为：阴；铜；O2+4e-+2H2O═4 OH-．
解析
解：（1）图中为原电池反应，Fe为负极，发生：Fe-2e-=Fe2-，石墨为正极，发生Cu2++2e-=Cu，总反应式为Fe+Cu2+═Fe2++Cu，一段时间后，两电极质量相差12g，
则 Fe+Cu2+═Fe2++Cu 两极质量差△m 转移电子
56g 64g 56g+64g=120g 2mol
18g n
解得：n=0.3mol，
故答案为：Fe+Cu2+═Fe2++Cu；0.3；
（2）用吸管吸出铁片附近溶液即Fe2+的溶液，加入氯水发生2Fe2++Cl2═2Fe3++2Cl-，如果+3价铁被氧化为FeO42-，
发生2Fe3++3Cl2+8H2O═2FeO42-+6Cl-+16H+，
故答案为：2Fe2++Cl2═2Fe3++2Cl-；2Fe3++3Cl2+8H2O═2FeO42-+6Cl-+16H+；
（3）若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，甲装置为铁的吸氧腐蚀，铁为负极，铜为正极，正极发生 O2+2H2O+4e-═4OH-，呈碱性，滴加酚酞，溶液变红，则乙装置与铜相连的石墨为阳极，与铁相连的石墨为阴极，乙为电解池装置，阳极发生2Cl--2e-═Cl2↑，
故答案为：阴；铜；O2+4e-+2H2O═4 OH-．
为探究原电池的形成条件和反应原理，某同学设计了如下实验步骤并记录了现象：
①向一定浓度的稀硫酸中插入锌片，看到有气泡生成；
②向上述稀硫酸中插入铜片，没有看到有气泡生成；
③将锌片与铜片上端接触并捏住，一起插入稀硫酸中，看到铜片上有气泡生成，且生成气泡的速率比实验①中快；
④在锌片和铜片中间接上电流计，再将锌片和铜片插入稀硫酸中，发现电流计指针偏转．
下列关于以上实验设计及现象的分析，正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．①中能产生气体，说明锌能和稀硫酸反应，②中不产生气体，说明铜和稀硫酸不反应，同时说明锌的活泼性大于铜，故A正确；
B．③中锌、铜和电解质溶液构成原电池，锌易失电子而作负极，生成气泡的速率加快，说明原电池能加快作负极金属被腐蚀，故B正确；
C．③中铜电极上氢离子得电子生成氢气，而不是铜和稀硫酸反应生成氢气，故C错误；
D．实验④说明有电流产生，易失电子的金属作负极，所以锌作负极，铜作正极，故D错误；
故选AB．
为了探究原电池和电解池的工作原理，某研究性学习小组分别用如图所示的装置进行实验，据图回答问题．
Ⅰ．用图甲所示装置进行第一组实验时：
（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是______（填序号）．
A．石墨 B．镁 C．银 D．铂
（2）实验过程中，SO42-______（填“从左向右”“从右向左”或“不”）移动，当滤纸上产生112mL气体时，通过隔膜的SO42-的物质的量为______ mol．
Ⅱ．该小组同学用图乙所示装置进行第二组实验时发现，两极均有气体产生，且Y极溶液逐渐变成紫红色；停止实验观察到铁电极明显变细，电解液仍然澄清．查阅资料知，高铁酸根（Fe）在溶液中呈紫红色．请根据实验现象及所给信息，回答下列问题：
（3）电解过程中，X极溶液的pH______（填“增大”“减小”或“不变”）．
（4）电解过程中，Y极发生的电极反应为4OH--4e-=2H2O+O2↑和______．
（5）电解进行一段时间后，若在X极收集到896mL气体，Y电极（铁电极）质量减小0.56g，则在Y极收集到气体为______ mL（均已折算为标准状况时气体体积）．
正确答案
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，镁是比锌活泼的金属，所以不能代替铜，故选：B；
（2）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，当滤纸上产生112mL即0.05mol气体时，通过隔膜的SO42-的物质的量为0.05mol，故答案为：从右向左；0.05；
Ⅱ、（1）电解的过程中，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；
（2）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O和4OH--4e-═2H2O+O2↑，
故答案为：Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O；
（3）X电极上析出的是氢气，2H++2e-═H2↑，当收集到896mL气体，即物质的量=
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，镁是比锌活泼的金属，所以不能代替铜，故选：B；
（2）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，当滤纸上产生112mL即0.05mol气体时，通过隔膜的SO42-的物质的量为0.05mol，故答案为：从右向左；0.05；
Ⅱ、（1）电解的过程中，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；
（2）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O和4OH--4e-═2H2O+O2↑，
故答案为：Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O；
（3）X电极上析出的是氢气，2H++2e-═H2↑，当收集到896mL气体，即物质的量=
（1）写出甲池中正极的电极反应式：______
负极的电极反应式：______．
（2）写出乙池中负极的电极反应式：______
（3）如果甲和乙同学均认为，“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出______活动性更强，而乙会判断出______活动性更强．
（4）由此实验，可得到如下哪些正确结论：______
A、利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B、镁的金属性不一定比铝的金属性强
C、该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值
D、该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析．
正确答案
2H++2e-=H2↑
Mg-2e-=Mg2+
Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O
Mg
Al
AD
解析
解：（1）甲中镁易失电子作负极、Al作正极，负极上镁发生氧化反应、正极上氢离子发生还原反应，正极反应为2H++2e-=H2↑，负极反应为Mg-2e-=Mg2+，故答案为：2H++2e-=H2↑；Mg-2e-=Mg2+；
（2）乙池中铝易失电子作负极、镁作正极，负极上铝失电子发生氧化反应，电极反应式为Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O，故答案为：Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O；
（3）甲中镁作负极、乙中铝作负极，根据作负极的金属活泼性强判断，甲中镁活动性强、乙中铝活动性强，故答案为：Mg；Al；
（4）A、根据甲、乙中电极反应式知，原电池正负极与电解质溶液有关，故正确；
B、镁的金属性大于铝，但失电子难易程度与电解质溶液有关，故错误；
C、该实验对研究物质的性质有实用价值，故错误；
D、该实验说明化学研究对象复杂，反应与条件有关，电极材料相同其反应条件不同导致其产物不同，所以应具体问题具体分析，故正确；
故选AD．
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