- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
燃料电池是使气体燃料氧化直接产生电流的装置，燃料电池的研究是本世纪最具挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入丁烷，电池的电解质是掺杂了Y2O3(三氧化二钇)的ZrO2(二氧化锆)晶体，它在高温下能传导O2-。试回答下列问题：
(1)该电池放电时的化学反应方程式为：__________________________。
(2)该燃料电池的电极反应式为：正极：13O2＋52e-→26O2-负极：2C4H10＋26O2-－52e-→8CO2＋10H2O 则固体电解质中的O2-向________极移动(填“正”或“负”)。
(3)某金属的相对原子质量为52.00，用上述电池电解该金属的一种含氧酸盐的酸性水溶液时，阳极每放出3360 mL(标准状况)氧气，阴极析出金属10.4 g，在该含氧酸盐中金属的化合价为________，在该实验中，若不考虑能量的损失，电池中消耗丁烷的质量最少是________g(结果精确至0.01 g)。
正确答案
(1)2C4H10+13O2==8CO2+10H2O
(2)负
(3)+3；1.34
能源问题是当前人类社会面临的一项重大课题，H2、CO、CH3OH都是重要的能源物质，它们的燃烧热依次为285.8 kJ/mol、282.5 kJ/mol、726.7 kJ/mol。
请回答：
(1)已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇：CO+2H2=CH3OH，则H2与CO反应生成CH3OH的热化学方程式为：________。
(2)下图为某种燃料电池的工作原理示意图，a、b均为惰性电极。
①使用时，空气从___口通入（填“A”或“B”）；
②假设使用的“燃料”是甲醇，a 极的电极反应式为：_______________；
③假设使用的“燃料”是水煤气（成分为CO、H2），如用这种电池电镀铜，待镀金属增重6.4 g，则至少消耗标准状况下水煤气的体积为____________。
正确答案
(1)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-127.4 kJ/mol
(2)①B；②CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；③2.24 L
（1）已知：N2（g）+O2（g）=2NO（g）；△H=+180.5 kJ·mol-1
4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（g）；△H=-905 kJ·mol-1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）：△H=-483.6 kJ·mol-1
则N2（g）+3H2（g）
（2）在一定条件下，将2mol N2与5mol H2混合于一个10 L的密闭容器中，反应情况如图1所示：①求5min内的平均反应速率v（NH3）_____________；②达到平衡时NH3的体积分数为_____________。
（3）近年来科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多品薄膜做电极，实现了高转化率的电解法合成氨（装置如图2）。钯电极A上发生的电极反应式是______________________________________。
正确答案
（1）-92.4kJ·mol-1
（2）①0.04mol·L-1·min-1②40%
（3）N2+6e-+6H+=2NH3
回答下列各题：
（1）在探究原电池中电极与电解质溶液之间的关系时，某同学设计了用铝片、铜片作电极，用浓硝酸作电解质溶液的原电池，则铜片为原电池的______极，铝片上的电极反应式为______．
（2）通过______装置（ 填“原电池”或“电解池”）可以实现如下反应：
Cu+2H2O═Cu（OH）2+H2↑
该装置应以铜为______极，并可选用下列溶液中的______为电解质溶液（填符号）．
A．H2SO4溶液 B．NaOH溶液 C．CuSO4溶液 D．NaCl溶液
（3）如图所示的两个电解槽中，A、B、C、D均为石墨电极．电解过程中，乙中反应的离子方程式为______．
若乙烧杯中D极上产生224mL标准状况下的气体，则甲烧杯中B极上可析出铜______g（铜的相对原子质量为64）．
正确答案
（1）铝片、铜片、浓硝酸构成的原电池中，常温下，铝片能与浓硝酸发生钝化现象，铜能与浓硝酸自发的发生氧化还原反应，铜片作负极，铝片作正极，正极上硝酸根离子得电子和氢离子生成二氧化氮和水，电极反应式为4H++2NO3-+2e-=2NO2↑+2H2O，
故答案为：负极；4H++2NO3-+2e-=2NO2↑+2H2O；
（2）Cu+2H2O═Cu（OH）2+H2↑该反应不能自发的进行氧化还原反应，所以不能构成原电池只能构成电解池，利用外接电源使其强制发生氧化还原反应．
该反应中铜失电子发生氧化反应，所以铜片作阳极，阴极上水分子放电生成氢气和氢氧根离子，发生还原反应．
A．如果电解硫酸溶液，阴极上先氢离子放电生成氢气，随着反应的进行，阳极上生成的铜离子进入溶液，后阴极上铜离子放电不是氢离子放电，故A错误；
B、电解氢氧化钠溶液时，阴极上氢离子放电，阳极上生成的铜离子和氢氧根离子生成氢氧化铜沉淀，所以阴极上始终没有铜离子得电子，故B正确；
C、电解硫酸铜溶液时，阴极上铜离子放电生成铜单质，不是氢离子放电，故C错误；
D．电解NaCl溶液时，阴极上氢离子放电同时生成氢氧根离子，阳极上生成的铜离子和氢氧根离子反应生成氢氧化铜沉淀，符合电池反应式，故D正确；
故答案为：电解池；阳极；BD；
（3）电解时，乙中阳极上氯离子失电子生成氯气，阴极上氢离子得电子生成氢气，所以电池反应式为：2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-，
乙烧杯中D极连接电源的负极，所以D极作阴极，D极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，
甲烧杯中B作阴极，阴极上铜离子得电子生成铜单质，电极反应式为2Cu2++2e-=Cu，
根据电解池工作时，阴阳极上得失电子相等，
设生成铜的质量为X，氢气和铜的关系式为
Cu--H2↑
64g 22.4L
X 0.224L
x=0.64g
故答案为：2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-；0.64g．
银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了硫化银（Ag2S）。有人设计用原电池的原理进行“抛光”，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银恢复光泽，且不会损失。试回答：
（1）食盐的作用是______________________。
（2）在此原电池反应中，负极发生的电极反应为_____________________________，正极发生的电极反应为____________________________。
（3）反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为2Al3++3S2-+6H2O==2Al(OH)3↓+3H2S↑，则原电池总反应方程式为____________________________。
正确答案
（1）食盐溶于水形成电解质溶液
（2）Al-3e-==Al3+；Ag2S+2e-==2Ag+S2-
（3）3Ag2S+2Al+6H2O==6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
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