- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
下图是一个乙醇燃料电池工作时的示意图，乙池中的两个电极一个是石墨电极，一个是铁电极，工作时M、N两个电极的质量都不减少，请回答下列问题：
（1）M电极的材料是 ，电极名称是 ，N的电极反应式为 ，加入乙醇的铂电极的电极反应式 。
（2）在此过程中，乙池中某一电极析出金属银4.32g时，甲池中理论上消耗氧气为 L（标准状况下）；若此时乙池溶液的体积为400mL，则乙池中溶液的pH为 。
（3）若在常温常压下，1g C2H5OH燃烧生成CO2和液态H2O时放出29.71kJ热量，表示该反应的热化学方程式为 。
正确答案
（1）铁 阴极 4OH—－4e— 2H2O+O2↑
C2H5OH－12e+16OH—=2CO32—+11H2O（2分）
（2）0.224 1
（3）C2H5OH（l）+3O2（g） 2CO2（g）+3H2O（l）△H=－1366.7kJ/mol
略
人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，填写空格。
（1）蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。
负极反应式为 。
正极反应式为 。
（2）铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应过程的离子方程式为 ，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为 ，正极反应式为 。
（3）将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为 。
写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式： 。
（4）燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：
①电池的负极是__________（填“a”或“b”），该极的电极反应式是：________________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH_________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
正确答案
（16分）
（1） Pb＋SO42-–2e-=PbSO4（2分） PbO2＋SO42-＋4H+＋2e-=PbSO4＋2H2O（2分）
（2） 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+（2分） Cu（1分） Fe3++e-=Fe 2+（2分）
（3） B（1分），Al+4OH-–3e-＝AlO2-+2H2O（2分）
（4）① a（1分），CH4＋10OH－–8e－＝CO32+＋7H2O（2分） ②减小（1分）
试题分析：（1）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。所以根据总的反应式可知，Pb是负极，失去电子，二氧化铅是正极得到电子，因此电极反应式分别是，负极：Pb＋SO42-–2e-=PbSO4，正极：PbO2＋SO42-＋4H+＋2e-=PbSO4＋2H2O。
（2）氯化铁和铜反应的离子方程式是2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，所以如果要将该反应设计成原电池，则负极应该是铜，正极是铁离子得到电子，则正极反应式为Fe3++e-=Fe 2+。
（3）铝在浓硝酸中发生钝化，所以此时铝是正极，铜是负极。而在氢氧化钠溶液中，铜和氢氧化钠不反应，所以铝是负极，铜是正极，答案选B。其中插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式Al+4OH-–3e-＝AlO2-+2H2O。
（4）①甲烷失去电子，所以在负极通入，因此电池的负极是a。由于电解质是氢氧化钠溶液，所以电极反应式是CH4＋10OH－–8e－＝CO32+＋7H2O。
②由于反应中有碳酸钠生成，消耗氢氧化钠，所以电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小。
点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题。试题注重基础，难易适中，侧重对学生基础知识的巩固与训练，有利于培养学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。该题的关键是明确原电池的工作原理，并能结合题意具体问题、具体分析即可。
(9分) (1)下列反应能设计成化学能转化为电能的装置是
A Zn＋CuSO4＝ZnSO4＋Cu B NaOH+HCl=NaCl+H2O
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极和电解质溶液，并写出电极反应式：
正极反应 负极反应 .
(3)某烷烃的蒸气质量是相同条件下氢气质量的36倍，该烃的分子式为____________，请写出该烃同分异构体中有4种不同沸点的一氯代物的该烃的结构简式，并命名：
、
正确答案
(1) A （1分）
(2) Cu2++2e-=Cu （1分）Zn-2e-=Zn2+ （1分）（正极材料只要合理均可）（2分）
(3)C5H12 （1分） （1分） 2-甲基丁烷（或异戊烷）（1分）
（1）因为电子的定向移动才能形成电流，所以只有氧化还原反应才能设计成原电池，即选项A正确。
（2）根据反应式可知，锌是还原剂，失去电子，作负极。铜离子得到电子，在正极得到电子析出。电极反应式分别为负极反应： Zn-2e-=Zn2+、正极反应：Cu2++2e-=Cu。装置图如图所示：
（3）气体的密度之比是相应的相对分子质量之比，所以烷烃的相对分子质量是36×2＝72。所以根据烷烃的通式CnH2n＋2可知，分子式为C5H12。戊烷有3种同分异构体，其中正戊烷有3种氢原子、异戊烷有4种氢原子，新戊烷有1种。
甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒，两池中均为饱和NaCl溶液。请回答下列问题：
（1）甲池属于 （填装置名），其中正极材料为 ，其电极反应式是_____________ 。
（2）乙池属于 （填装置名），铁极上电极反应属于____________（填“氧化反应”或“还原反应”），写出乙池中总反应的离子方程式___________。
（4） 若乙池转移0.01 mol e－后停止实验，池中溶液体积是100 mL，则溶液混匀后的[OH‾]＝________。（溶液体积变化忽略）
正确答案
略
Ⅰ．在下图的装置中，属于原电池的是 。
Ⅱ．（1）如图所示，烧杯中为CuCl2溶液，在图中画出必要的连线或装置，使连接后的装置为原电池。电极反应方程式：
铁板： ；碳棒： 。
（2）铜片、锌片连接后浸入稀硫酸中构成原电池，当导线上通过3.01×1022个电子时，锌片质量减少________g。铜片表面析出氢气_________L(标准状况)。
正确答案
Ⅰ.D、F、G Ⅱ.（1）
（2）1.625g 0.56L
试题分析：Ⅰ.原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应，据此可知：
A、该装置只有一个电极材料，所以不能形成原电池；
B、该装置只有一个电极材料，且石墨和电解质溶液不能自发的进行氧化还原反应，所以不能形成原电池；
C、两电极材料相同，所以不能形成原电池，故错误；
D、该装置符合原电池的构成条件，所以能形成原电池，故正确；
E、酒精不是电解质，铁和酒精不能自发的进行氧化还原反应，所以不能形成原电池；
F、该装置符合原电池的构成条件，所以能形成原电池，故正确；
G、该装置符合原电池的构成条件，所以能形成原电池，故正确；
H、该装置两电极间不能构成闭合回路，所以不能形成原电池，所以答案选D、F、G
Ⅱ.（1）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。铁是活泼的金属，所以铁是负极，碳棒是正极，溶液中的铜离子再正极得到电子，发生还原反应，电极反应式分别是Fe－2e-＝Fe2+、Cu2+＋2e-＝Cu。
（2）铜片、锌片连接后浸入稀硫酸中构成原电池，其中锌是负极，铜是正极，电极反应式分别是Zn－2e-＝Zn2+、2H+＋2e-＝H2↑。3.01×1022个电子的物质的量是3.01×1022÷6.02×1023/mol＝0.05mol，所以锌片质量减少0.025mol×65g/mol＝1.625g，铜片表面析出氢气的体积（标准状况下）是0.025mol×22.4L/mol＝0.56L。
点评：该题是高考中的常见考点，侧重对学生基础知识的巩固和训练。有利于培养学生的逻辑推理能力和规范答题能力。明确原电池的工作原理、构成条件是答题的关键，注意相关知识的积累和总结。
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