- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
（8分）某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ:有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸（或稀盐酸）中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为 。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式： ；负极反应式： 。
若该电池中有0.1mol的电子转移，请问消耗 克Fe
方案Ⅲ．结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案（与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）： __________________，用离子方程式表示其反应原理：______________
正确答案
（共8分）
方案Ⅰ：Fe+2H+=Fe2++H2↑（1分）
方案Ⅱ：（画装置图完全正确2分，合理的均给分）
2H++2e- =H2↑（1分） Fe-2e-=Fe2+（1分） 2.8 g
方案Ⅲ：把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质（1分）Fe+Cu2+ = Cu+Fe2+（1分）
金属的活动性有多种验证方法。例如与水和酸置换氢气的能力；最高价氧化物水化物的碱性强弱；原电池原理；电解原理的应用、金属之间的置换等等。
(5分) 请观察下图装置,回答下列问题:
(1) 负极是________,发生_______反应(填氧化或还原)
(2) 正极是________,发生_______反应(填氧化或还原)
(3) 正极的电极反应式:__________________________.
正确答案
(1) Zn 氧化 (2) C 还原 (3) 2H+ + 2e- = H2
略
(6分)在由铜片、锌片和150 mL稀硫酸组成的原电池中，当在铜片上放出6.72 L（标准状况）的H2时，硫酸恰好用完，则：
(1) 产生这些气体消耗的锌的质量是 g；
(2) 通过导线的电子的物质的量是 mol；
(3) 该原电池正极的电极反应式为 。
正确答案
(1) 19.5 (2) 0.6 (3) 2H+ + 2e- = H2↑ (每空2分，共6分)
略
（9分）（Ⅰ）下列装置能组成原电池的是_____________ （填序号）
（Ⅱ）如上图④所示，若是原电池，请回答下列问题（若不是，则不用回答）。
（1）正极材料是_______________________
（2）负极的电极反应式为________________________
（3）电池工作时总反应的离子方程式是____________________________
（4）阴离子的移动方向___________________________________
（5）导线中电子的流向________________________________
正确答案
（Ⅰ）②④ (2分，漏选一个得1分，错选不得分）
（Ⅱ）（1）Ag（1分）
（2） Cu-2e- = Cu2+ （2分）
(3)Cu+2Ag+ = Cu2++2Ag （2分）
(4)向负极（1分）
（5）负极到正极（或铜到银）（1分）
试题分析：（1）①不是电解质溶液，不能组成原电池；②符合原电池的构成条件；③未形成闭合回路，不能构成原电池；④符合原电池的过程条件，所以答案选②④；
（Ⅱ）（1）Cu比Ag活泼，所以正极是Ag；
（2）Cu是负极，发生氧化反应，Cu-2e- = Cu2+；
（3）电池工作时总反应即为Cu置换Ag的反应，离子方程式为Cu+2Ag+ = Cu2++2Ag；
（4）原电池中阴离子移向负极；
（5）原电池中电子从负极流向正极。
能量之间可相互转化：
(1)电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
①完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________。
③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________。
(2)根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在(1)的材料中应选__________作阳极。
正确答案
(1)①
②电极逐渐溶解，表面有红色固体析出
③甲；在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能
(2)锌片
(1)①根据题给条件和原电池的构成条件可得：
a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。
b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。
c．注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。
②由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。
③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。
(2)由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护，作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。
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