- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
(8分)某同学用铅蓄电池作电源,用石墨做电极电解500 mL某浓度的CuSO4溶液,观察到A电极表面有红色固体物质生成,当溶液中原有溶质完全电解后,停止通电,取出A电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6 g。已知铅蓄电池的工作原理为:
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
请按要求回答下列问题:
(1)电解CuSO4溶液的化学方程式 ,
(2)当反应过程中转移的电子为0.02mol时,铅蓄电池内消耗硫酸的物质的量为 mol。
(3)电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为 。
(4)若电解前后溶液的体积不变,电解后溶液的pH=
(5)写出铅蓄电池负极的电极反应式:
正确答案
(8分)
(1) CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4
(2)0.02mol (3)0.05mol/L (4) pH=1 (5) Pb-2e-+SO42-=PbSO4
略
(10分)如图所示,用甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型燃料电池做电源,对A、B装置通电一段时间后,发现有1.6g甲醇参加反应且③电极增重(假设工作时无能量损失)。
请回答下列问题:
(1)分别指出F电极、②电极的名称 、 。
(2)④电极的反应式: 。E电极的反应式: 。
①电极上产生的实验现象是 。
(3)若A池中原混合液的体积为500 mL,CuSO4、K2SO4浓度均为0.1 mol/L,电解过程中A池中共收集到标准状况下的气体 L。
正确答案
(1) 正极 阳极 ((每空1分)
(2) Ag -e—=Ag+ , CH3OH + 8OH-- 6e-="=" CO32-+ 6H2O 、
先有红色固体析出,后有气泡产生 。(每空2分)
(3) 3.92 。(每空2分)
(1)③电极增重,则③是阴极,④是阳极,所以F是正极,E是负极,①是阴极,②是阳极。
(2)由于阳极银是活性电极,所以④电极的反应式为Ag -e—=Ag+。原电池中负极失去电子,所以甲醇在E电极失去电子,由于是碱性电解质,所以方程式为CH3OH + 8OH-- 6e-="=" CO32-+ 6H2O。A中含有硫酸铜和硫酸钾,所以阴极首先是铜离子放电,然后是氢离子放电,生成氢气,即现象是先有红色固体析出,后有气泡产生。
(3)1.6g甲醇共失去电子是1.6g÷32g/mol×6=0.3mol。硫酸铜是0.05mol,得到0.1mol电子,所以生成氢气是(0.3mol-0.1mol)÷2=0.1mol。而阴极得到氧气,物质的量是0.3mol÷4=0.075mol,所以体积共计是(0.1mol+0.075mol)×22.4L/mol=3.92L。
(10分)甲、乙两池电极材料如图所示,请按要求回答下列问题:
(1)若两池中均为Cu(NO3)2溶液,反应一段时间后:①有红色物质析出的是甲池中的____ 棒(铁、碳);
②乙池碳极上电极反应属于___________(填氧化反应、还原反应)。
③乙池中阳极上发生的电极反应方程式是 _________________。
(2)若两池中均为饱和NaCl溶液:
①写出乙池中总反应的化学方程式 。
②甲池中碳极上电极反应方程式是 。
③若乙池中饱和NaCl溶液100 mL一段时间后在阴极得到112 mL(标准状况)H2,此时乙池溶液的(体积变化忽略不计)pH为__________
(3)如要用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则:①阳电极的材料是____________
②阴极反应式是 。(说明:杂质发生的电极反应不必写出)
正确答案
(10分(1))①碳 ;②氧化反应 ③4OH-—4e-====O2↑+2H2O
(2)①2H2O+2NaCl====2NaOH+H2↑+Cl2↑
②O2 + 4e-+ 2H2O 4OH-,③、13
(3)①粗铜 ②Cu2+ +2e-="===" Cu
略
(14分)高铁酸钾(K2FeO4)是一种集氧化、吸附、
絮凝、杀菌、灭菌、去浊、脱色、除臭为一体的新
型、高效、绿色环保的多功能水处理剂。近十几年
来,我国对高铁酸钾在饮用水处理中的应用的研究
也不断深入,已取得可喜成果。比较理想的制备方
法是次氯酸盐氧化法:先向KOH溶液中通入足量
Cl2制备次氯酸钾饱和溶液,再分次加入KOH固体,
得到次氯酸钾强碱性饱和溶液,加入三价铁盐,合成高铁酸钾。
(1)向次氯酸钾强碱饱和溶液中加入三价铁盐发生反应的离子方程式:
①Fe3++3OH-=Fe(OH)3;② 。
(2)高铁酸钾溶于水能释放大量的原子氧,从而非常有效地杀灭水中的病菌和病毒,与此同时,自身被还原成新生态的Fe(OH)3,这是一种品质优良的无机絮凝剂,能高效地除去水中的微细悬浮物。将适量K2Fe2O4溶液于pH=4.74的溶液中,配制成c(FeO2-4) =1.0mmol·L-1试样,将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中,测定c(FeO2-4)的变化,结果见下图。高铁酸钾与水反应的离子反应方程式为 ,该反应的△H 0(填“>”“<”或“=”)。
(3)高铁酸盐还是一类环保型高性能电池的材料,用它做成的电池能量高,放电电流大,能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为:
3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)3+2Fe(OH)3+4KOH
该电池放电时的负极反应式为 ,若外电路有5.418×1022个电子通过,则正极有 g高铁酸钾参与反应。
(4)测定某K2FeO4溶液浓度的实验步骤如下:
步骤1:准确量取V mL K2FeO4溶液加入到锥形瓶中
步骤2:在强碱性溶液中,用过量CrO-2与FeO2-4反应生成Fe(OH)3和CrO2-4
步骤3:加足量稀硫酸,使CrO2-4转化为Cr2O2-2,CrO-2转化为Cr3+,Fe(OH)3转化为Fe2+
步骤4:加入二苯胺磺酸钠作指示剂,用c mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点,消耗(NH4)2Fe(SO4)2溶液V1mL。
①滴定时发生反应的离子方程式为 。
②原溶液中K2FeO4的浓度为 (用含字母的代数式表示)。
正确答案
(14分)
(1)2Fe(OH)3+3ClO-+10OH-=2FeO2-4+3Cl-+5H2O …………2分
(2)4FeO2-4+10H2O 4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑;> …………2分
(3)Zn+2OH—2e-=Zn(OH);5.94 …………2分
(4)6Fe2++Cr2O2-7+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O; …………2分
略
(14分)铅蓄电池是可充电型电池,它的正负极极板是惰性材料,电池总反应式为:
Pb+PbO2+4H++2SO2PbSO4+2H2O
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原):
(1) 该蓄电池放电工作时的负极材料是 ,用其电解氯化钠溶液,当阳极上收集到11.2L氯气时(标况下),理论上负极板的质量增加 g。
充电时,上图中A极应接直流电源的 (填“正极”或“负极”)。充电时A极的电极反应式是 ;
(2) MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式 。现以铅蓄电池为电源电解,当蓄电池中有0.4mol H+被消耗时,则电路中通过的电子的物质的量为 ,MnO2的理论产量为 g。
正确答案
(1)铅 48, 正 PbSO4+2H2O-2e-= PbO2+4H++SO42- (2)2H++2e-=H2 0.2mol 8.7
试题分析:(1)根据电池的总反应可知,铅蓄电池放电时的负极发生氧化反应,所以负极材料为Pb,发生的电极反应为Pb-2e-+SO42-=PbSO4,因此负极增加的质量为SO42-的质量,用该电池电解氯化钠溶液时,当阳极上收集11.2L氯气时,转移1mol电子,所以负极增加48g。充电时,A极应发生氧化反应,所以与电源正极相连,电极反应为PbSO4+2H2O-2e-= PbO2+4H++SO42-。
(2)电解酸化的MnSO4溶液,阴极发生还原反应,电极反应为2H++2e-=H2。根据铅蓄电池的总反应可知,1molH2SO4参加反应转移1mol电子,所以0.4mol H+被消耗时,转移0.2mol 电子,生成MnO20.1mol,质量为8.7g。
点评: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,据此可以进行有关的判断。电解中最关键的是准确判断出电极上离子的放电顺序。在判断电解产物时,首先判断阳极电极材料。如果是活性电极,则电极本身失去电子。如果是惰性电极,则溶液中的阴离子失去电子。而阴极是溶液中的阳离子得到电子,所以需要熟练记住常见离子的放电顺序。
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