- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
由实验得知用电解法将电解液中的金属离子还原为金属单质时，电极所通过的电荷量Q正比于金属的物质的量n和金属离子化合价a的乘积，Q=F·na，其中F是一恒量，称为法拉第常数，它与金属的种类无关（阿伏加德罗常数NA=6.023×1023 mol-1，电子电荷量e=1.6×10-19 C,Cu的摩尔质量：64×10-3 kg·mol-1）。
（1）试求出法拉第常数F（电荷量以库仑为单位，保留三位有效数字）。
（2）如果电解硫酸铜溶液获得1 kg的金属铜，通过电解槽的电荷量是多少？
（3）用电镀的方法在半径为R的铜球表面均匀地镀上很薄的银层，在电镀槽中铜球是阳极还是阴极？另一电极是什么材料？若电流为I，通电时间为t，银的相对原子质量为A，金属银的密度为ρ，求镀层的厚度d。
正确答案
(1)F=9.64×104 C·mol-1
（2）Q=3.0×106 C
（3）阴极；银；d=
（1）由题意可知F=
F=NA×e=1.60×10-19C×6.023×1023 mol-1=9.64×104 C·mol-1。
（2）1 kg铜的物质的量n=
（3）由电解原理可知：待镀金属作阴极，镀层金属作阳极。确定铜球是阴极，阳极材料是银。由电解定律可得出通过的电荷量Q=Fna，其中a=1,析出银的物质的量n=
则可推知厚度d=
两个串联的电解池A和B，分别盛有AgNO3溶液和NaCl溶液，用惰性电极进行电解，当B池的阴极上收集到2．24 L(标准状况)气体时，在A池的阳极上析出物质多少克？若两种溶液都是2 L，两池溶液的pH各是多少？
正确答案
1．6 g 1 13
A、B两池发生的反应分别是：
A．4AgNO3+2H2O
B．2NaCl+2H2O
B池阴极析出H2 2．24 L（标准状况），相当于0．1 mol，电路中应有0．2 mol电子转移。1 mol电子应析出1 mol银，0．5 mol Cl2，0．5 mol H2,0．25 mol O2。
则A池阳极析出O2为0．25 mol/1 mol×0．2 mol×32 g·mol-1=1．6 g,A池中产生0．2 mol H+，溶液的pH=-lg
B池中生成0．2 mol OH-,溶液的pH=-lg
已知“2SO2+O2
(1)向一密闭容器中充入SO2与18O2，反应一段时间后，18O可能存在于哪些物质中？
(2)在有催化剂存在和加热的条件下，若将三氧化硫充入一密闭容器中，最终容器中会有哪些物质？
正确答案
（1）O2、SO2、SO3中
（2）O2、SO2、SO3
该反应为可逆反应，同时向正、逆两个方向进行的反应，其特征之一是各种成分共存。所以，最终容器中有O2、SO2、SO3
(8分)根据下式所示的氧化还原反应设计一个原电池:Cu + 2Ag+ =Cu2+ + 2Ag
(1)装置可采用烧杯和盐桥,画出此原电池的装置简图;
(2)注明原电池的正极和负极,以及外电路中电子流向;
(3)写出两个电极上的电极反应式;
正确答案
略
略
溶氧分析仪能连续、自动测量水中微量的溶解氧含量，可用于工业锅炉用水，实验室制备除氧水等方面。溶氧分析仪的核心部件是氧传感器，传感器中银做阳极，金做阴极，二电极之间连接一稳定的直流电源，以氯化钾溶液为电解质溶液，电解质溶液与取样水之间有一层氧气可以透过的薄膜，测量金电极上产生的还原电流的大小得出氧气的含量。
⑴ 试写出溶氧分析仪的有关电极反应式
阴极_______________________________，阳极____________________________________
⑵ 请从你写的电极反应式推测影响氧传感器的性能的因素可能有哪些？
在高温下高炉中氧含量的测定可用氧化锆(ZrO2)氧传感器来测定，在氧化锆中加入MgO,Y2O3等立方晶系的氧化物后，在600℃以上高温时成为氧的快离子导体。其导电性能主要源于掺杂晶体中的氧离子空位。下图为氧化锆固体电解质的导电原理。
⑶ 写出高氧侧和低氧侧的电极反应式
高氧侧______________________________，低氧侧________________________________
⑷ 若某掺杂电极Y2O3的ZrO2晶体中氧离子空位数为3.01×1020个，则理论上掺杂的Y2O3质量为多少克？
正确答案
⑴ 阴极反应O2 + 2H2O + 4e ="=" 4OH-
阳极反应Ag– e- + Cl- ="=" AgCl （2分，各1分）
⑵ pH值，H2S的浓度，重金属离子（写出二个即可） （2分）
⑶ O2+ 4e - ="==" 2O2- , 2O2-— 4e- ="==" O2 （2分，各1分）
⑷ 每掺杂1molY2O3得到的氧离子空位为1mol, 计算得Y2O3质量为：
(3.01X1020/NA)´M Y2O3 =1．13´10-1g (三位有效数字)（2分）
⑴此问中，一个关键问题是要判断该电化学装置的类型。虽然题中各种描述，该装置是电解池，但是从测量原理等方面来看，这却是一个原电池装置。该装置利用原电池产生的电流对稳定直流电的抵消作用，来测量电流强度，进而确定O2的浓度。因此，在正极，O2+ 2H2O + 4e ="=" 4OH-，由于O2的浓度不一样，影响了该电对的电极电势。负极Ag失电子，并与Cl－形成沉淀。
⑵影响氧传感器的因素就是影响⑴中两个电极电极电势大小的因素。正极的电势与溶液pH有关，负极由于Ag(Ⅰ)的存在形式会影响到该电极的电极电势，因此影响Ag(Ⅰ)存在形式的因素都会对氧传感器的性能产生影响。
⑶根据题意，该固体电解质中载荷离子为O2-，因此与恒定电流正极相连一侧，即高氧侧，失去电子，产生还原电流，因此电极反应式为：O2+ 4e - ="==" 2O2- 。另一侧O2-得电子生成O2。
⑷氧离子空位的物质的量为3.01×1020/6.02×1023=5.00×10-4(mol)，每一个Y3+置换一个Zr4+，正电荷减小1，因此根据电荷守恒原理n(Y)=2n(Y2O3) =5.00×10-4×2 mol，得n(Y2O3)=5.00×10-4 mol，从而求得其摩尔质量。
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