- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
(11分)甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒,请回答下列问题:
(1)若两池中均为CuSO4溶液,反应一段时间后:
①有红色物质析出的是甲池中的________棒,乙池中的________棒。
②乙池中阳极的电极反应式是_______________________________________________ _。
(2)若两池中均为饱和NaCl溶液:
①写出乙池中总反应的离子方程式__________________________________________。
②甲池中碳极上电极反应式是____________________,乙池中碳极上电极反应属于____________(填“氧化反应”或“还原反应”)。
③若乙池转移0.02 mol e-后停止实验,该池中溶液体积是200 mL,则溶液混匀后的pH=________。
正确答案
(1)①碳; 铁; ②4OH--4e-===2H2O+O2↑;(2)①2Cl-+2H2O通电Cl2↑+H2↑+2OH-;
②2H2O+O2+4e-===4OH- 氧化反应;③13。
试题分析:由图可知 甲池是原电池,乙池是电解池; (1) ①对于甲池来说,Fe为负极,失去电子,Cu2+在碳棒上得到电子,变为单质Cu附着在上边。所以若两池中均为CuSO4溶液,反应一段时间后碳棒上会有红色的铜单质产生;对于乙池来说,C为阳极,Fe为阴极。所以Cu2+在铁棒上得到电子,变为单质Cu附着在上边。因此反应一段时间后铁棒上会有红色的铜单质产生;②在乙池中OH-的放电能力比SO42-强,所以是OH-在阳极放电。该电极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑;(2)若两池中均为饱和NaCl溶液,①在乙池中阳离子的放电能力是H+>Na+,所以在阴极上H+放电;阴离子的放电能力是Cl- >OH-,所以是Cl-在阳极上放电。总反应的离子方程式是2Cl-+2H2O通电Cl2↑+H2↑+2OH-;②对于甲池中来说,碳极为正极,由于是中性环境,所以发生的是吸氧腐蚀,在C棒上电极反应式是2H2O+O2+4e-===4OH-;②乙池中碳极是阳极,所以在C棒上发生的反应是氧化反应,反应式是2Cl--2e-= Cl2↑;③若乙池转移0.02 mol e-后停止实验根据反应方程式可知产生OH-的物质的量为0.02 mol,由于V=0.2L,所以c(OH-)=0.1mol/L;根据水的离子积常数可得c(H+)=10-14÷10-1=10-13mol/L所以溶液混匀后的pH=13。
某兴趣小组同学利用氧化还原反应:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L-1,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题:
(1)发生氧化反应的烧杯是________(填“甲”或“乙”)。
(2)外电路的电流方向为:从________到________。(填“a”或“b”)
(3)电池工作时,盐桥中的SO42—移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。
(4)甲烧杯中发生的电极反应为______________________________。
正确答案
(1)乙 (2)a b (3)乙
(4)MnO4—+8H++5e-=Mn2++4H2O
根据氧化还原反应可知:甲烧杯中石墨作正极,发生还原反应,电极反应为:MnO4—+8H++5e-=Mn2++4H2O;乙烧杯中石墨作负极,发生氧化反应,电极反应为Fe2+-e-=Fe3+,外电路电流方向从正极流向负极,即从a到b。电池工作时,盐桥中的阴离子移向负极,阳离子移向正极,即SO42—移向乙烧杯。
化学能与电能之间的相互转化与人类的生活实际密切相关,在生产、生活中有重要的应用,同时也是学生形成化学学科素养的重要组成部分。
(1)熔融状态下,钠的单质和氯化亚铁能组成可充电电池,如图9-8工作原理示意图,反应原理为2Na+FeCl2Fe+2NaCl,该电池放电时,正极反应式为________________________________________________________________________;
充电时,____________(写物质名称)电极接电源的负极;该电池的电解质为________。
(2)某同学用铜片、石墨作电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,工作原理示意图如图所示,一段时间停止通电取出电极。若在电解后的溶液中加入0.98 g氢氧化铜粉末恰好完全溶解,经测定所得溶液与电解前完全相同。请回答下列问题:
①Y电极材料是________,发生________(填“氧化”或“还原”)反应。
②电解过程中X电极上发生的电极反应式是_______________________________________________________________________。
③如在电解后的溶液中加入足量的小苏打,充分反应后产生气体在标准状况下所占的体积是__________。
正确答案
(1)Fe2++2e-=Fe 钠 β—Al2O3
(2)①石墨 氧化
②Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH-
③0.448 L或448 mL
(1)该电池的电解质为熔融的βAl2O3,熔融的钠电极作负极,钠发生失电子的氧化反应;熔融的FeCl2电极作正极,Fe2+发生得电子还原反应,充电时,电池负极接电源负极,电池正极接电源正极。(2)由加入Cu(OH)2可使电解质溶液复原,可知阳极为石墨,阴极为铜片。相当于惰性电极电解硫酸铜溶液,硫酸铜消耗完后又电解的水,故阴极首先发生的反应为Cu2++2e-=Cu,Cu2+消耗尽后又发生反应2H++2e-=H2↑。根据电子守恒和铜元素的守恒,溶液中生成的n(H+)=2n(Cu2+)=2×=0.02 mol,与足量NaHCO3反应可产生0.02 mol CO2。
(6分)ZnMnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是________。电池工作时,电子流向________(填“正极”或 负 )。
(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是____________。
欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的________(填代号)。
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是________________。若电解电路中通过2 mol电子,MnO2的理论产量为________g。
正确答案
(1)Zn(或锌) 正极 (2)锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 B
(3)2H++2e-===H2↑ 87
试题分析:(1)在ZnMnO2干电池中负极材料是Zn(或锌);正极材料是石墨。在电池工作时,电子由负极Zn流向正极C。(2)若ZnCl2NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,是因为锌与还原出的铜构成铜锌原电池,Zn作负极,从而加快锌的腐蚀速率。欲除去Cu2+,但是又不与其中的其它物质发生反应,也不产生杂质,则应该加入Zn.因此选项为B。(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。在阴极由于阳离子的放电能力H+>Mn2+,所以阴极的电极反应式是2H++2e-===H2↑;若电解电路中通过2 mol电子,则根据质量守恒定律及电子守恒的规律可得1mol的MnO2,质量为87g.
(10分)21世纪最富有挑战性的课题之一是使汽油氧化直接产生电流,新研制的某汽油燃料电池的一个电极通入空气,另一个电极通入汽油蒸气,用NaOH溶液作电解质溶液。填写下列空格。
(1)汽油_____________(选填“有”或“没有” )固定的熔沸点。炼制汽油的原料是石油,工业上生产汽油的常用方法是 。(填序号)
①分馏 ②干馏 ③裂化 ④聚合
(2)汽油中有一种烃的成分为,它的分子式是 ,名称是 。
(3)汽油燃料电池的能量转换形式是将 能直接转化为 能。通入空气的那个电极是燃料电池 极(选填“正”或“负”)。若汽油的组成用上述烃的分子式表示,则负极的电极反应式为 。
正确答案
(10分)
(1)没有(1分) ①③(各1分,共2分。错选1个倒扣1分,扣完为止。)
(2)C11H24 (1分) 3,4–二甲基–5–乙基庚烷(1分)
(3)化学能 电能 (各1分) 正极(1分)
C11H24-68e-+ 90OH-=11CO32-+ 57H2O (2分)
试题分析:(1)汽油是混合物,没有固定的熔沸点。工业上生产汽油的常用方法分馏和裂化,答案选①③。
(2)根据结构简式可知,分子式是C11H24,名称是3,4–二甲基–5–乙基庚烷。
(3)燃料电池也是原电池,是把化学能转化为电能的装置。原电池中负极失去电子,正极得到电子,所以通入空气的那个电极是燃料电池正极,汽油在负极通入。由于电解质是氢氧化钠溶液,所以负极电极反应式是C11H24-68e-+ 90OH-=11CO32-+ 57H2O。
点评:该题以汽油为载体,前面考查学生的对基础知识的掌握程度,以及应用知识解决实际问题的能力,基础性强,难度不大。
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