- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
在下图所示装置中，试管A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D为两个铂夹夹在被Na2SO4溶液浸湿的滤纸条上，滤纸条的中部滴有KMnO4液滴；电源有a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于盛KOH溶液的水槽中，断开K1，闭合K2、K3，通直流电，实验现象如图所示，请回答下列问题：
⑴标出电源的正、负极：a为 极，b为 极。
⑵在湿的Na2SO4滤纸条的中部KMnO4液滴处发生的现象为 。
⑶若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则电流表的指针 （填是或否）偏转，其理由是
。
⑷若电流表的指针发生偏转，请写出有关的电极反应式：A中 ；
B中 （若指针不发生偏转，则此题不需要回答）。若指针不发生偏转，请说明理由 （若指针发生偏转，则此题不需要回答）。
正确答案
⑴负极 正极；⑵紫红色的KMnO4液滴向D极移动；⑶是 切断K2、K3，闭合K1，则由B中的H2与电极，A中的O2与电极，和KOH溶液组成氢氧燃料电池，将化学转化为电能，所以，电流表的指针发生偏转；⑷O2 + 2H2O + 4
⑴电解KOH溶液实质是电解水，所得的产物是H2和O2，因为B中的气体的体积是A中气体体积的2倍，所以B中为H2，A中为O2，即A为阳极，B为阴极， 所以a为负极，b为正极。⑵a为负极，b为正极，D为阳极，C为阴极，湿的Na2SO4滤纸条相当于电解池，阴离子向阳极移动，故紫红色的KMnO4液滴向D极移动；⑶切断K2、K3，闭合K1，则由B中的H2，A中的O2，与KOH溶液组成氢氧燃料电池，将化学转化为电能，所以，电流表的指针发生偏转；⑷组成原电池A为正极，电极反应式：O2 + 2H2O + 4
(14分)
（1）最早使用的化学电池是锌锰电池，即大家熟悉的干电池。这种电池在使用过程中，锌外壳会逐渐变薄，最后内部糊状的电解质会泄漏出来，使电器腐蚀。后来人们采用了什么方法将其改造成了防漏电池。请列举一种方法即可_____________。
这种电池还有一个缺点：即使不用，放置过久，也会失效，请说明失效的原因_________。
（2）为提高电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上做了改进，制成了碱性锌锰电池。其总反应为：
Zn + 2MnO2 + 2H2O ="===" 2MnOOH + Zn(OH)2
写出该电池正极反应式___________。电池工作时，电子流向 （填“正”或“负”）极。
（3）二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。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2mol电子，MnO2的理论产量为 。
（4）生产MnO2另一种方法：以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰。流程如下：
某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si（16.72%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Mn(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
CuS
ZnS
MnS
FeS
pH
5.2
3.2
9.7
10.4
6.7
8.0
≥–0.42
≥2.5
≥7
≥7
①硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式
为 。
②加入MnS的目的是除去 杂质。
正确答案
（1）在外壳套上防腐金属筒或塑料筒 1分
作为电解质的NH4Cl的水溶液会水解使溶液显酸性2分
（2）MnO2＋H2O＋e－＝MnOOH＋OH－ 2分 正极 1分
（3）2H++2e-=H2↑ 2分 87g 2分
（4）①MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4＝MnSO4＋Fe2（SO4）3＋2H2O 2分
②Cu2＋ Zn2＋ 各1分
略
请仔细观察两种电池的构造示意图，回答下列问题：
（1）碱性锌锰电池的总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnOOH＋Zn(OH)2，则负极的电极反应式：
（2）碱性锌锰电池比普通锌锰电池（干电池）性能好，放电电流大。试从影响反应速率的因素分析
其原因是
（3）某工厂回收废旧锌锰电池，其工艺流程如下：
已知：生成氢氧化物的pH如下表：
物质
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Zn(OH)2
Mn(OH)2
开始沉淀pH
2.7
7.6
5.7
8.3
完全沉淀pH
3.7
9.6
8.0
9.8
①经测定，“锰粉”中除含少量铁盐和亚铁盐外，主要成分应是MnO2、Zn(OH)2 。
②第一次加入H2O2后，调节pH＝8.0。目的
是 。
③试列举滤液4的应用实
例 。
正确答案
1）Zn＋2OH－-2e－＝Zn(OH) 2（2分）。
（2）碱性锌锰电池用锌粉替代了原锌锰电池的锌壳，增大了反应物的接触面积，加快了反应速率，故放电电流大
（3）①MnOOH、C粉（2分）
②除去Zn(OH) 2和Fe(OH)3（1分）
③制备皓矾、回收金属锌等
（1）电池负极应为Zn反应；（2）从影响化学反应速率的因素考虑
一个完整的氧化还原反应方程式可以拆写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应式”，一个是“还原反应式”。如2Fe3+ ＋ Cu ==2Fe2+＋Cu2+，可拆写为氧化反应式：Cu－2e－ ==Cu2+，还原反应式：2Fe3+ ＋ 2e－ ="=" 2Fe2+。并由此实现了化学能与电能的相互转化。据此，回答下列问题：
（1）将反应Zn ＋ 2H+ = Zn2+ ＋ H2↑拆写为两个“半反应式”：其中，氧化反应为： 。
（2）由题（1）反应，设计成原电池如图所示：
若电极a为Zn ，电极b可选择材料： （只填一种）；电解质溶液甲是 ；电极b处的电极反应式： 。
（3）由反应2H2 + O2
正确答案
（1）Zn－2e－= Zn2+（2分）
（2）Cu（合理给1分），ZnSO4（1分），2H+ + 2e- = H2↑（2分）.
（3）负极：2H2 - 4e- = 4H+ ，正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O（4分）
试题分析：（1）依据题意，由2Fe3+ ＋ Cu ==2Fe2+＋Cu2+，可拆写为氧化反应式：Cu－2e－ ==Cu2+，还原反应式：2Fe3+ ＋ 2e－==2Fe2+ ，可得：反应Zn ＋ 2H+ = Zn2+ ＋ H2↑拆写为两个“半反应式”，氧化反应为Zn失去2e－生成Zn2+，故氧化反应式为：Zn－2e－= Zn2+；
（2）如图，组成的原电池中若电极a为Zn ，则电解质溶液应为ZnSO4 ，电极b选择材料的化学性质应比锌不活泼，可为Cu或C，则电解质溶液已为稀H2SO4，故电极b处的电极反应式为：2H+ + 2e- = H2↑
（3）根据反应2H2 + O2
点评：该题是中等难度的试题，也是高考中的常见考点。试题注重基础，侧重能力的训练。该题的关键是明确原电池的工作原理，然后结合同样灵活运用、分析、判断即可。
把a、b、c、d4块金属片浸入稀H2SO4中，分别用导线两两相连可以组成原电池。a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d→c；a、c相连时c极上产生大量气泡；b、d相连时，d极发生氧化反应。这4种金属的活动性由强到弱的顺序是________。
正确答案
a＞c＞d＞b
由原电池原理可知，当一种较活泼的金属和另一种较不活泼的金属相连同时插入稀H2SO4时，总是较活泼的金属电极作原电池的负极，负极发生氧化反应，活泼金属失去电子形成金属阳离子；较不活泼的金属电极作正极，正极发生还原反应，放出H2。这时电流从正极流向负极。根据题意，a、b相连时，a为负极，则活泼性a＞b；c、d相连时电流由d→c，则c为负极，活泼性c＞d；a、c相连时，c极上产生大量气泡，则c为正极，活泼性a＞c；b、d相连时，d极发生氧化反应，则d为负极，活泼性d＞b。因此四种金属活泼性应该是a＞c＞d＞b。
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