- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
请将氧化还原反应：2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2设计成带盐桥原电池．试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其它用品任选．请回答下列问题．
（1）请在如图中画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液．
（2）发生还原反应的电极为电池的______ 极，其电极反应式为______．
（3）反应达到平衡时，外电路导线中______ （填“有”或“无”）电流通过．
（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为（填“正”或“负”）极．
（5）请设计简单实验，证明溶液中同时存在Fe3+、Fe2+______．
正确答案
解：（1）依据原电池反应原理分析，氧化还原反应中铁离子在正极得到电子发生还原反应，碘离子再负极失电子发生氧化反应，负极所在电解质溶液为KI溶液，正极所在电解质溶液为FeCl3溶液，原电池装置为：
故答案为：
（2）原电池中发生还原反应的为正极，是铁离子得到电子生成亚铁离子，电极反应为：Fe3++e-=Fe2+；
故答案为：正；Fe3++e-=Fe2+；
（3）反应达到平衡后，无电子转移，无电流形成，故答案为：无；
（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，增大亚铁离子浓度平衡逆向进行，原电池反应是碘单质和亚铁离子反应，亚铁离子失电子发生氧化反应为原电池负极；当固体全部溶解后，则此溶液中电极变为负极；
故答案为：负；
（5）取少量待检液于试管中，加入硫氰化钾，显红色，说明有Fe3+；另取少量待检液于试管中，加入酸性高锰酸钾溶液，若溶液退色，则有Fe2+，故答案为：取少量待检液于试管中，加入硫氰化钾，显红色，说明有Fe3+；另取少量待检液于试管中，加入酸性高锰酸钾溶液，若溶液退色，则有Fe2+．
解析
解：（1）依据原电池反应原理分析，氧化还原反应中铁离子在正极得到电子发生还原反应，碘离子再负极失电子发生氧化反应，负极所在电解质溶液为KI溶液，正极所在电解质溶液为FeCl3溶液，原电池装置为：
故答案为：
（2）原电池中发生还原反应的为正极，是铁离子得到电子生成亚铁离子，电极反应为：Fe3++e-=Fe2+；
故答案为：正；Fe3++e-=Fe2+；
（3）反应达到平衡后，无电子转移，无电流形成，故答案为：无；
（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，增大亚铁离子浓度平衡逆向进行，原电池反应是碘单质和亚铁离子反应，亚铁离子失电子发生氧化反应为原电池负极；当固体全部溶解后，则此溶液中电极变为负极；
故答案为：负；
（5）取少量待检液于试管中，加入硫氰化钾，显红色，说明有Fe3+；另取少量待检液于试管中，加入酸性高锰酸钾溶液，若溶液退色，则有Fe2+，故答案为：取少量待检液于试管中，加入硫氰化钾，显红色，说明有Fe3+；另取少量待检液于试管中，加入酸性高锰酸钾溶液，若溶液退色，则有Fe2+．
某学习小组用如图装置进行了有关电化学的实验．在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体．上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅拌棒，可以上下搅动液体，装置如图．接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成．停止通电，取出电极，用搅拌棒上下剧烈搅动．静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色．根据上述实验回答：
（1）阳极上的电极反应式为______．
（2）环状玻璃搅拌棒的作用是______．
（3）原上层液体是______．
（4）原下层液体是______．
（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是：______．
（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是______，现象是______．
正确答案
解：实验原理是电解含有碘离子的强电解质溶液，在阳极上得电子能力强的碘离子失电子，得到碘单质，为棕色，溶液中还有和水互不相溶的密度大于水的液体，结果，碘单质溶解于有机溶剂中，显示紫红色，根据电解池的工作原理以及离子的检验知识来回答判断即可．
（1）阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，萃取后呈紫红色，判断为碘单质生成，所以是溶液中碘离子失电子生成碘单质的反应，电极反应为2I--2e-═I2；，故答案为：2I--2e-═I2 ；
（2）环状玻璃搅拌棒的作用是让两层液体充分混合，使阳极上产生的I2转移到下层液体中，故答案为：让两层液体充分混合，使I2转移到下层液体；
（3）原上层溶液中含有碘离子，可以是KI（或NaI等）水溶液，故答案为：KI（或NaI等）水溶液；
（4）下层是比水溶液重的不溶于水的试剂，分析过程可知是发生了萃取作用，可以是CCl4（或CHCl3等），故答案为：CCl4（或CHCl3等）；
（5）I2在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，故大部分I2都转移到有机溶剂中，搅拌后两层液体颜色发生变化，故答案为：I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，故大部分I2都转移到CCl4中；
（6）含有电离子的可溶的盐可以是钠盐、钾盐等，阳离子钠离子、钾离子的检验可以采用焰色反应，透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色，则为碘化钾溶液（焰色反应火焰为黄色，则为碘化钠溶液）．
故答案为：焰色反应；透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色（焰色反应观察火焰为黄色）．
解析
解：实验原理是电解含有碘离子的强电解质溶液，在阳极上得电子能力强的碘离子失电子，得到碘单质，为棕色，溶液中还有和水互不相溶的密度大于水的液体，结果，碘单质溶解于有机溶剂中，显示紫红色，根据电解池的工作原理以及离子的检验知识来回答判断即可．
（1）阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，萃取后呈紫红色，判断为碘单质生成，所以是溶液中碘离子失电子生成碘单质的反应，电极反应为2I--2e-═I2；，故答案为：2I--2e-═I2 ；
（2）环状玻璃搅拌棒的作用是让两层液体充分混合，使阳极上产生的I2转移到下层液体中，故答案为：让两层液体充分混合，使I2转移到下层液体；
（3）原上层溶液中含有碘离子，可以是KI（或NaI等）水溶液，故答案为：KI（或NaI等）水溶液；
（4）下层是比水溶液重的不溶于水的试剂，分析过程可知是发生了萃取作用，可以是CCl4（或CHCl3等），故答案为：CCl4（或CHCl3等）；
（5）I2在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，故大部分I2都转移到有机溶剂中，搅拌后两层液体颜色发生变化，故答案为：I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，故大部分I2都转移到CCl4中；
（6）含有电离子的可溶的盐可以是钠盐、钾盐等，阳离子钠离子、钾离子的检验可以采用焰色反应，透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色，则为碘化钾溶液（焰色反应火焰为黄色，则为碘化钠溶液）．
故答案为：焰色反应；透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色（焰色反应观察火焰为黄色）．
高铁酸钾（K2FeO4）具有极高的氧化性，对环境无不良影响，被人们称为“绿色化学”试剂．某校化学兴趣小组对高铁酸钾进行了如下探究．
I、高铁酸钾制备：
①在一定温度下，将氯气通入KOH溶液中制得次氯酸钾溶液；②在剧烈搅拌条件下，将Fe（NO3）3 分批加入次氯酸钾溶液中，控制反应温度，以免次氯酸钾分解；③加 KOH至饱和，使K2FeO4 充分析出，再经纯化得产品．
（1）温度过高会导致次氯酸钾分解生成两种化合物，产物之一是氯酸钾（KClO3），此反应化学方程式是______．
（2）制备过程的主反应为（a、b、c、d、e、f为化学计量系数）：aFe （OH） 3+b ClO-+cOH-=d FeO42-+e Cl-+f H2O，则a：f=______．
II、探究高铁酸钾的某种性质：
实验1：将适量K2FeO4分别溶解于pH 为 4.74、7.00、11.50 的水溶液中，配得FeO42-浓度为 1.0mmol•L-1（1mmol•L-1=10-3mol•L-1）的试样，静置，考察不同初始 pH 的水溶液对K2FeO4某种性质的影响，结果见图1（注：800min后，三种溶液中高铁酸钾的浓度不再改变）．
实验2：将适量 K2FeO4 溶解于pH=4.74 的水溶液中，配制成FeO42-浓度为 1.0mmol•L-1 的试样，将试样分别置于 20℃、30℃、40℃和 60℃的恒温水浴中，考察不同温度对K2FeO4某种性质的影响，结果见图2．
（3）实验1的目的是______；
（4）实验2可得出的结论是______；
（5）高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O⇌4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑．
由图1可知，800min时，pH=11.50的溶液中高铁酸钾最终浓度比pH=4.74的溶液中高，主要原因是______；
Ⅲ、用高铁酸钾作高能电池的电极材料：
Al-K2FeO4电池是一种高能电池（以氢氧化钾为电解质溶液），该电池放电时负极反应式是：______．
正确答案
I、（（1）由题意可得KClO→KClO3的过程中Cl从+1价升至+5价，得在KClO生成另一产物的过程中化合价要降低，结合另一产物也为化合物的事实，推测Cl的化合价应降至-1价，故另一产物应为KCl，反应方程式为3KClO=KClO3+2KCl，故答案为：3KClO=KClO3+2KCl；
（2）Fe元素化合价由+3价升至+6价，总共升高3价，Cl元素化合价从+1价降至-1价，总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，所以FeO42-系数为2，Cl-系数为3，根据铁元素守恒确定Fe （OH） 3系数为2，根据氯元素守恒ClO-系数为3，根据电荷守恒确定OH-系数2×2+3-3=4，根据H元素守恒确定H2O的系数为5，所以a：f=2：5，故答案为：2：5；
II、（3）由图1数据可知，溶液pH越小，相同时间内FeO42-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小．所以实验1的目的是探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性（或与水反应的速率），故答案为：探究高铁酸钾在不同pH溶液中的稳定性（或与水反应的速率）；
（4）由图2数据可知，温度越高，相同时间内FeO42-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO42-浓度越小，
故答案为：温度越高，高铁酸钾越不稳定（或温度越高，高铁酸钾与水反应的速率越快）；
（5）高铁酸钾在水中的反应为4FeO42-+10H2O⇌4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑，pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大，使上述平衡向左移动，FeO42-浓度增大，
故答案为：pH=11.50的溶液中OH-离子浓度大，使上述平衡向左移动；
Ⅲ、原电池的负极发生氧化反应，Al在负极放电，碱性条件下，生成AlO2-与H2O，电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O．
故答案为：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O．
（1）在-50℃时，液氨存在如下电离：2NH3⇌NH4++NH-2，k=2×10-12，液氨的电离达到平衡时，各微粒的浓度大小关系为______，加入NH4Cl固体，K______2×10-12（填“＜”、“＞”或“=”）
（2）已知25℃时Ksp（AgCl）=1.8×10--10，在10mL 0.10mol/L AgNO3溶液中加入10mL0.20mol/LNaCl溶液，充分反应后溶液中的c（Ag+）=______．
（3）配平硫酸亚铁加强热制备铁红和生成硫的两种常见氧化物的化学方程式：
______FeSO4
（4）已知氯气能溶于水，溶液呈酸性．如图所示的两个实验装置中，溶液的体积均为200mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol/L，工作一段时间后，测得导线中均通过0.02mol电子，若不考虑盐的水解和溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是______
A．产生气体的体积：①＞②
B．溶液的pH变化：①减小，②增大
C．电极上析出物质的质量：①＞②
D．电极反应式：①中阳极 2Cl--2e-⇌Cl2↑ ②中负极 2H++2e-⇌H2↑
正确答案
解；（1）在液氨中，存在最多的微粒是液氨分子，由液氨电离出的铵根和亚铵根离子浓度一定是相等的，即c（NH3）＞c（NH4+）=c（NH2-），
加入氯化铵固体以后，由于温度不变，所以K不变，故答案为：c（NH3）＞c（NH4+）=c（NH2）；=；
（2）10mL 0.10mol/L AgNO3溶液中加入10mL0.20mol/LNaCl溶液，反应后剩余氯离子的物质的量浓度为
根据氯化银的Ksp=[Ag+][Cl-]，则[Cl-]=
（3）硫的两种常见氧化物是二氧化硫和三氧化硫，根据原子守恒，则2FeSO4=Fe2O3+SO2↑+SO3↑，故答案为：2；1；1；1；
（4）A．①的原理方程式为：CuCl2
②中产生的氢气为0.01mol，产生气体的体积：①=②，故A错误；
B．①氯化铜电解实质是电解物质本身，②消耗氢离子，所以酸性溶液的pH变化：①不变，②增大，故B错误；
C．当转移电子为0.02mol时，①中阴极上析出金属铜为0.01 mol，即0.64g，②电极上析出氢气0.01mol，即0.02g，所以析出物质的质量：①＞②，故C正确；
D．电极反应式：①中阳极发生失电子的氧化反应，即2Cl--2e-⇌Cl2↑，②中负极为金属锌，发生失电子的氧化反应，即Zn-2e-=Zn2+，故D错误．
故选C．
为倡导“节能减排”和“低碳经济”，降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，科学家正在研究如何将CO2转化为可利用的资源．目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：
CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g），
（1）图1表示该反应过程中能量变化，则该反应为______反应（填“吸热”或“放热”），判断依据是______；
（2）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图2所示的电池装置．
①该电池正极的电极反应式为：______；
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为：______；
（3）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
③H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：______；
（4）为了消除污染，在一定条件下，向含有甲醇的废水中加入一定量的稀硝酸，会有N2等物质生成．若参加反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为6：5，写出该反应的化学方程式______；在此反应过程中若消耗32g 甲醇，将转移______mol 电子．
正确答案
（1）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，故该反应为放热反应，故答案为：放热；反应物的总能量高于生成物的总能量；
（2）①原电池正极发生还原反应，氧气在正极放电，碱性条件下生成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
②该原电池实质为甲醇燃烧生成二氧化碳与水，二氧化碳在与氢氧化钾反应生成碳酸钾与水，该原电池总的反应式为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O，
故答案为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O；
（3）已知：①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
③H2O（g）=H2O（l）△H=-44.0kJ/mol
由盖斯定律，①-②+③×4得2CH3OH（l）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
故CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（4）反应中硝酸为氧化剂，甲醇为还原剂，根据电子转移守恒，令C元素在氧化产物的化合价为a，则：
6×5=5×[a-（-2）]，解得a=4，故氧化产物为CO2，反应方程式为：5CH3OH+6HNO3=3N2↑+5CO2↑+13H2O，
甲醇的物质的量为
故答案为：5CH3OH+6HNO3=3N2↑+5CO2↑+13H2O；6；
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