- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
（1）利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应该置于 处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为 。
（2）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性液体，其燃烧热较大且燃烧产物对环境无污染，故可以用作火箭燃料。肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20％—30％的KOH溶液。该电池放电时，通入肼的一极为 极，该极的电极反应式是 ，电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将 （填“增大”、“减小”、“不变”）。
（3）碘被称为 “智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，可通过电解制备碘酸钾。（阴、阳两极均用惰性电极，阴极室与阳极室用阳离子交换膜隔开）请回答下列问题：电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：
3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。电解时，阳极上发生反应的电极反应式为 。
正确答案
（1）N；牺牲阳极的阴极保护法
（2）负极 ； N2H4 + 4OH－－4e－＝ N2↑ + 4H2O ； 减小
（3）2I—－2e—＝I2 或 I—－6e—＋6OH—＝IO3—＋3H2O；
试题分析：（1）作原电池正极或作电解池阴极的金属被保护，若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，则铁应作电解池阴极，所以开关K应该置于处N处；若X为锌，开关K置于M处，该装置构成原电池，锌易失电子作负极，铁作正极而被保护，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法；（2）肼--空气燃料电池是一种碱性燃料电池，工作时负极上燃料肼失电子发生氧化反应，电极反应式为N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O，电池总反应式为N2H4+O2=N2+2H2O，反应生成水，OH-浓度减小，则pH减小；（3）电解时阳极附近的阴离子有碘离子、碘酸根离子和氢氧根离子，电解过程中阳极上碘离子失电子生成碘单质，电极反应式为：2I--2e-=I2或 I—－6e—＋6OH—＝IO3—＋3H2O。
（2014届山东省烟台市高三3月模拟化学试卷）
硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。
已知：硼镁矿主要成分为Mg2B2O5•H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程为：
回答下列有关问题：
（1）硼砂中B的化合价为 ，溶于热水后，常用H2SO4调pH2～3制取H3BO3，反应的离子方程式为 。X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg制取粗硼的化学方程式为 。
（2）MgCl2·7H2O需要在HCl氛围中加热，其目的是 。若用惰性电极电解MgCl2溶液，其阴极反应式为 。
（3）镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H+==Mg2++2H2O，则正极反应式为 。若起始电解质溶液pH=1，则pH=2时溶液中Mg2+离子浓度为 。已知Ksp[Mg(OH)2]=5．6
（4）制得的粗硼在一定条件下生成BI3，BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将 0．020g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0．30mol·L-1 Na2S2O3(H2S2O3为弱酸)溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18．00mL。盛装Na2S2O3溶液的仪器应为 滴定管(填“酸式”或“碱式”)。该粗硼样品的纯度为 。(提示：I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)
正确答案
（1）+3（2分） B4O72-+2H++5H2O= 4H3BO3（2分）Mg+B2O3===2B+3MgO（2分）
（2）防止MgCl2水解生成Mg(OH)2（2分）
2H2O+Mg2++2e-= H2↑+Mg(OH)2↓（2分）
（3）H2O2+2H++2e-=2H2O（2分） 0.045 mol·L-1（2分） 没有（2分）
（4）碱式（2分） 99%（2分）
（1）根据硼砂的化学式Na2B4O7•10H2O和化合价的代数和为0，可得B的化合价为+3；B4O72-与2H+反应可得H3BO3，离子方程式为：B4O72-+2H++5H2O= 4H3BO3；X为H3BO3晶体加热脱水的产物，为B2O3，与Mg发生氧化还原反应，化学方程式为：Mg+B2O3===2B+3MgO。
（2）MgCl2为强酸弱碱盐，能发生水解反应，所以MgCl2·7H2O在HCl氛围中加热的目的是：防止MgCl2水解生成Mg(OH)2；用惰性电极电解MgCl2溶液，阴极反应为H2O电离出的H+放电，电解方程式为：2H2O+Mg2++2e-= H2↑+Mg(OH)2↓
（3）镁-H2O2酸性燃料电池的正极为H2O2放电，电极方程式为：H2O2+2H++2e-=2H2O；起始电解质溶液pH=1，pH=2时反应的H+为：0.1mol•L‾1—0.01mol•L‾1=0.09mol•L‾1，根据Mg+H2O2+2H+==Mg2++2H2O，可得Mg2+离子浓度为0.045 mol·L-1；溶液pH=6时，c(OH‾)=10-8mol•L‾1，Q [Mg(OH)2]=" 0.045" mol·L-1×[10-8mol•L‾1]2=4.5×10-18 < Ksp[Mg(OH)2]，所以没有Mg(OH)2沉淀析出。
（4）Na2S2O3为强碱弱酸盐，水解显碱性，所以Na2S2O3溶液应盛放在碱式滴定管内；根据元素守恒和离子方程式可得：2B ~ 2BI3 ~ 3I2 ~ 6 S2O32-，所以粗硼样品的纯度为：0.018L×0.30mol•L‾1×1/3×11g/mol÷×100% = 99%
X，Y，Z，M为金属活动顺序表中常见的四种金属元素，在常温下都不和冷水反应。金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有气体放出；若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知在X和M的阳离子溶液中，加入过量的氢氧化钾溶液，M生成相应的氢氧化物的沉淀，试写出四种金属的活泼性由强到弱的顺序______。
正确答案
X＞M＞Z＞Y，X＞Z＞M＞Y或M＞X＞Z＞Y。
【错解分析】考虑不周，漏写答案，顺序错误。
【正解】运用原电池原理和电解电极放电顺序可以判断金属的活泼性强弱。在原电池中是活泼金属失电子，所以X的活泼性强于Z；在电解中不活泼的金属离子氧化性强，先得电子，所以Z的活泼性强于Y。根据题目给的另一信息，加入过量的氢氧化钾溶液，M生成相应的氢氧化物的沉淀。在已学的金属活动顺序中，镁以后的较多金属的氢氧化物都是难溶沉淀物，如氢氧化镁、氢氧化亚铁等等，因此该沉淀可以是多种氢氧化物。另一方面加入过量的氢氧化钾溶液，不生成沉淀的原因有：①比镁活泼的金属，如钠离子等不发生反应（不适合本题）；②溶于过量强碱溶液的金属离子有铝离子和锌离子，而铝锌的活泼性恰在镁铁之间，因此X的活泼性可能强于M，即X为铝或锌，M为铁，其顺序为X＞M＞Z＞Y或X＞Z＞M＞Y（当X为铝时，Z还有可能为锌）；也可能弱于M，即M为镁，X为铝或锌，其顺序为M＞X＞Z＞Y。
某化学研究小组将锌片和铜片插入某种电解质溶液，锌片和铜片用导线相连，形成原电池装置。
（1）若电解质溶液是稀硫酸，则发生氧化反应的是 极（填“锌”或“铜”，下同），溶液中的H+ 移向 极，铜极上的电极反应式是 。
（2）若电解质溶液是硫酸铜溶液，铜极上的电极反应式是 ，若反应过程中有0.2mol电子发生转移，则电解质溶液质量增加 g。
正确答案
（1）锌（1分）; 铜（1分） ; 2H++2e-= H2↑（1分）;
（2）Cu2+ +2e- = Cu（1分）; 0.1 （1分）
在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。锌比铜活泼，所以锌是负极，铜是正极。
（1）如果是稀硫酸，则发生氧化反应的是锌，氢离子向正极移动，即向铜电极移动，方程式为2H++2e-= H2↑。
（2）如果是硫酸铜，则正极是铜离子得到电子，方程式为Cu2+ +2e- = Cu。根据电极反应式可知，转移0.2mol电子，生成0.1mol铜，消耗0.1mol锌，所以溶液质量增加是6.5g－6.4g＝0.1g。
(8分)请根据反应：Fe + Cu2+ = Fe 2++ Cu 设计原电池：
(1) (2分)画出实验的简易装置图：（用铅笔画图）
(2)(6分)写出电极反应式，正极： ，负极： 。当反应进行到一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了6.4g,则反应共转移了的电子数是 。
正确答案
(2) Cu2+ + 2e- = Cu 、 Fe – 2e- = Fe2+ 、
0.2mol(或1.204×1023 ) 。
活泼金属做Fe（负）Fe – 2e- = Fe2+ Cu(正) Cu2+ + 2e- = Cu
0.4mol 0.2mol NA=0.2NA=1.204×1023
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