- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
（15分）氯化亚铜（CuCl）是一种白色固体，微溶于水，不溶于酒精。研究该物质的应用新领域、生产新方法及生产过程中的环保新措施都具有重要意义。
（1）镁—氯化亚铜海水电池，可用于鱼雷上。该电池被海水激活时，正极导电能力增强，同时产生气泡，则正极上被还原的物质有 、 （填化学式）。
（2）工业上以铜作催化剂，氯代甲烷和硅粉反应合成甲基氯硅烷的过程中产生大量废渣（主要成分为硅粉、铜、碳等）。某课外小组以该废渣为原料制CuCl，流程示意图如下：
回答下列问题：
①氯代甲烷有4种，其中属于重要工业溶剂的是 （写出化学式）。
②“还原”阶段，SO32－将Cu2＋还原得[CuCl2]－，完成下列离子方程式。
③在稀释过程中存在下列两个平衡：
ⅰ [CuCl2]－
ⅱ CuCl(s)
当[CuCl2]－完成转化时（c([CuCl2]－)≤1.0×10－5 mol·L－1），溶液中c(Cu＋)≥ 。
④获得CuCl晶体需经过滤、洗涤、干燥。洗涤时，常用无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂的优点是 （写一点）。
（3）工业生产CuCl过程中产生浓度为2～3 g·L－1的含铜废水，对人及环境都有较大的危害，必须进行回收利用。用萃取法富集废水中的铜，过程如下：
①实验室完成步骤ⅰ时，依次在分液漏斗中加入曝气后的废水和有机萃取剂，经振荡并 后，置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先 ，然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
②写出步骤ⅱ的离子方程式： 。
正确答案
（1）CuCl、H2O（或H＋）（各1分，共2分） （2）①CHCl3或CCl4（任写一个就得分，1分）
②2Cu2＋＋4Cl－＋1SO32－＋1 H2O ＝2[CuCl2]－＋1 SO42－ ＋2 H＋（3分）
③5.17×10-2mol·L-1 （2分） ④避免CuCl溶于水而损失（或其他合理答案）（2分）
（3）①放气（1分） 打开上口玻璃塞（或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔）（1分）
②R2Cu＋2H＋＝Cu2＋＋2RH（3分）
试题分析：（1）镁是活泼的金属，因此在镁—氯化亚铜海水电池中镁是负极，失去电子，正极得到电子，发生还原反应。该电池被海水激活时，正极导电能力增强，同时产生气泡，该气体应该是氢气，这说明正极上得到电子的物质有CuCl、H2O（或H＋）。
（2）①氯代甲烷有4种，其中属于重要工业溶剂的是CHCl3或CCl4。
②根据方程式可知，在反应中铜元素的化合价从＋2价降低到+1价，得到1个电子。硫元素的化合价从+4价升高到+6价，失去2个电子，所以根据电子得失守恒可知氧化剂与还原剂的物质的量之比是2:1.根据原子守恒和电荷守恒可知，反应前还有水参加，反应后还有氢离子生成，因此配平后的离子方程式为2Cu2＋＋4Cl－＋SO32－＋H2O ＝2[CuCl2]－＋SO42－ ＋2H＋。
③根据方程式可知K＝
④CuCl在有机溶剂中的溶解度小能，用无水乙醇代替蒸馏水可以避免CuCl溶于水而损失。
（3）①在振荡过程中有关随时放气。分液时应该打开上口玻璃塞（或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔）。
②铜离子与氢离子交换加入水层，因此反应的离子方程式为R2Cu＋2H＋＝Cu2＋＋2RH。
（10分）如图所示3套实验装置，分别回答下列问题。
（1）装置1中的Cu是 极（填“正”或“负”），该装置发生的总反应的离子方程式为 。
（2）装置2中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol/L的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol/L的CuSO4溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到右边石墨电极附近首先变红，左边石墨电极附近无明显现象。
① 电源的M端为 极
② 乙烧杯中电解反应的离子方程式 。
（3）可用阳离子交换膜法电解饱和食盐水制NaOH，其工作原理装置3所示。
①请写出A、B两处物质的名称：A___________________B____________________
②请写出电解食盐水的离子方程式__________________________________________
正确答案
（1）负 2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+
(2) ①正
②2Cu2+ + 2H2O 
(3) ① A: 饱和NaCl溶液； B :稀NaOH溶液
② 2Cl- + 2H2O
试题分析：⑴装置1为原电池，铜为负极，被氧化，石墨正极，其电池总反应为2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+；
⑵向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到右边石墨电极附近首先变红，说明甲中右边电极反应生成OH-，该极应为电解池的阴极，则M为电源的正极，N为电源的负极，由此可知甲为电解食盐水装置，而乙为电解硫酸铜溶液的装置，其阳极生成氧气，阴极生成铜，则电解的离子方程式为2Cu2++2H2O
⑶根据电解池中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，图示装置中的交换膜是阳离子交换膜，A出口主要是饱和NaCl溶液，B出口主要是氢氧化钠溶液，甲装置是电解饱和食盐水，电解氯化钠溶液时生成氢氧化钠和氢气、氯气，其电解反应的离子方程式为：2Cl-+2H2O
以氯化钾和硫酸亚铁原料生产硫酸钾和氧化铁红颜料，其主要流程如下：
已知：
（1）写出
（2）写出沉淀池I中反应的化学方程式_______________________，该反应必须控制的反应条件是___________________________。
（3）检验沉淀I中
（4）酸化的目的是___________________________。
（5）在沉淀池II中，为使
（6）N、P、K、S都是植物生长所需的重要元素。滤液A可做复合肥料，因为其中含有___________等元素。
（7）中国海洋大学应用化学研究所在乙醇燃料电池技术方面获得突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。乙醇燃料电池的工作原理如图怕示。
①该电池工作时，c口通入的物质为___________。
②该电池负极的电极反应式为_____________________________________。
正确答案
（1）[NH4+]+[NH3•H2O]=[CO32‾]+[H2CO3]+[HCO3‾] （2分）
（2）2NH4HCO3 + FeSO4 = FeCO3↓+ (NH4)2SO4 + CO2↑+ H2O （2分）；反应温度低于30℃ （1分）
（3）取沉淀池Ⅰ的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全。（合理即可）（2分）
（4）除去溶液中的HCO3‾ （2分）
（5）普通漏斗、烧杯、玻璃棒（2分 不全得1分，下同）
（6）K、S 、K （2分）
（7）O2（1分）；C2H6O – 12e‾ + 3H2O = 2CO2 +12H+（2分）
试题分析：（1）物料守恒的实质是元素守恒，NH4HCO3溶液中N元素与C元素物质的量相等，所以[NH4+]+[NH3•H2O]=[CO32‾]+[H2CO3]+[HCO3‾]
（2）碳酸氢根离子和亚铁离子之间发生双水解反应生成碳酸亚铁沉淀，并放出二氧化碳，反应的原理方程式为：2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3↓+（NH4 ）2SO4+CO2↑+H2O，为防止较高温度下碳酸氢铵的分解，要注意温度的选择，反应温度低于30℃。
（3）亚铁离子可以被氯气氧化为三价铁离子，亚铁离子遇到硫氰酸钾不显色，但是三价铁遇到硫氰酸钾显示红色，检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是：取沉淀池I的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全。
（4）沉淀池Ⅰ中，除了生成的碳酸亚铁之外，溶液汇总会含有过量的碳酸氢铵，加入酸，酸化的目的是除去溶液中的HCO3-。
（5）由题目看出在Ⅲ反应中生成的K2SO4为固体，而K2SO4在无机溶剂中溶解度是比较大的，要想使K2SO4析出只能降低其溶解度所以加入醇类溶剂目的降低K2SO4的溶解度。
（6）滤液A的成分中含有（NH4 ）2SO4以及KCl，即含有N、S、K元素，属于复合肥料。
（7）根据图中H+移动方向，可知右侧电极为燃料电池的正极，所以c口通入的物质为O2；由图可知电解质溶液中含H+，所以乙醇和水反应，根据化合价的变化，C2H5OH失去12e‾，可得电极方程式：C2H6O – 12e‾ + 3H2O = 2CO2 +12H+
(8分)
如图所示，是原电池的装置图(
（1）若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为 ；反应进行一段时间后溶液C的pH将 (填“升高”“降低”或“基本不变”)。
（2）若需将反应：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成如上图所示的原电池装置，则A(负极)极材料为 ，B(正极)极材料为 ，溶液C为 。
（3）若C为NaOH溶液，A电极材料为Al，B电极材料为Mg，负极上发生的电极反式为 。
正确答案
（1）2H++2e-==H2↑；升高
（2）Cu 石墨（合理即可） FeCl3溶液；
（3）Al-3e-+4OH-=AlO-2+2H2O.
试题分析：（1）铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H++2e-==H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高；
（2）Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成如上图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3+，如FeCl3溶液；
（3）若C为NaOH溶液，A电极材料为Al，B电极材料为Mg，则Al与氢氧化钠溶液反应，则Al作负极，电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO-2+2H2O.
（10分）
(1)实验室可用无水乙醇处理少量残留的金属钠，化学反应方程式为_______________。要清洗附着在试管壁上的硫，可用的试剂是________。
(2)如图所示为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320℃左右，电池反应为2Na＋xS＝Na2Sx，负极的电极反应式为________，正极的电极反应式为________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是________________。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。（Pb的相对原子质量为 207）
(3)Na2S溶液水解的化学方程式 。溶液中离子浓度由大到小的顺序为_______，向该溶液中加入少量固体CuSO4，溶液pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
正确答案
略
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