- 电化学基础
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铜锌原电池中H2SO4作电解质的电极反应如下:
负极:______正极:______总反应都是:______.
正确答案
Zn-2e-=Zn2+
2H++2e-=H2↑
Zn+2H+=H2↑+Zn2+
解析
解:Cu、Zn、稀硫酸构成的原电池中,Zn易失电子作负极,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+,Cu作正极,正极上电极反应式为2H++2e-=H2↑,所以总反应为Zn+2H+=H2↑+Zn2+,
故答案为:Zn-2e-=Zn2+;2H++2e-=H2↑;Zn+2H+=H2↑+Zn2+.
由碳棒、铁片和200mL稀H2SO4(足量)组成的原电池中,当在碳棒上共放出3.36L(标准状况)气体时,求消耗铁多少克?有多少个电子通过了导线?
正确答案
解:设需要消耗铁x.
该原电池的电池反应式为:
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
56g 22.4L
x 3.36L
所以x==8.4g
即消耗铁8.4g.
设转移电子y.
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 转移电子
22.4L 1.204×1023个
3.36L y
所以y═=1.806×1023个
故答案为:8.4g;1.806×1023个.
解析
解:设需要消耗铁x.
该原电池的电池反应式为:
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
56g 22.4L
x 3.36L
所以x==8.4g
即消耗铁8.4g.
设转移电子y.
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 转移电子
22.4L 1.204×1023个
3.36L y
所以y═=1.806×1023个
故答案为:8.4g;1.806×1023个.
如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈红色,则
(1)x是______极,CuSO4溶液的pH逐渐______
(2)b是______极,电极反应式为______
(3)Pt是______极,电极反应式为______.
正确答案
正
减小
阴
2H+-2e-=H2↑
阳
4OH--4e-=2H2O+O2↑
解析
解:(1)通电电解氯化钠溶液时,b极附近溶液呈红色,说明b连接的Y为电源的负极,则X为正极,电解硫酸铜时,阳极上会产生氧气,阴极上会产生金属铜,总反应为:2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑,生成硫酸,导致电解后pH减小,故答案为:正;减小;
(2)通电电解氯化钠溶液时,b极附近溶液呈红色,说明b连接的Y为电源的负极,b是阴极,该极氢离子得电子会产生氢气,即2H+-2e-=H2↑,故答案为:阴;2H+-2e-=H2↑;
(3)X为正极,Pt是阳极,阳极上会产生氧气,电极反应为:4OH--4e-=2H2O+O2↑,故答案为:4OH--4e-=2H2O+O2↑.
碘被称为“智力元素”,科学合理地补充碘可防止碘缺乏病.碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂,它的晶体为白色,可溶于水.碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘.以碘为原料,通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示.请回答下列问题:
(1)碘是______(填颜色)固体物质,实验室常用______方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘.
(2)电解前,先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液,溶解时发生反应:
3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O,将该溶液加入阳极区.另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却.电解时,阳极上发生反应的电极反应式为______;阴极上观察到的实验现象是______.
(3)电解过程中,为确定电解是否完成,需检验电解液中是否有I-.请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案,并按要求填写下表.
要求:所需药品只能从下列试剂中选择,实验仪器及相关用品自选.
试剂:淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸.
(4)电解完毕,从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下:
步骤②的操作名称是______,步骤⑤的操作名称是______.步骤④洗涤晶体的目的是______.
正确答案
解:(1)碘是紫黑色固体;加热条件下碘易升华,杂质不易升华,所以采用升华的方法分离碘单质.
故答案为:紫黑色;升华.
(2)阳极附近的阴离子有碘离子、碘酸根离子和氢氧根离子,电解过程中阳极上碘离子失电子生成碘单质,电极反应式为:2I--2e-=I2;阴极上氢离子放电生成氢气,所以阴极现象:有气泡产生.
故答案为:2I--2e-=I2;有气泡产生.
(3)电解后的溶液区含有碘酸根离子,酸性条件下,碘离子和碘酸根离子能发生氧化还原反应生成碘单质,淀粉溶液遇碘变蓝色,所以实验方法是:取少量阳极区电解液于试管中,加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液,观察是否变蓝;如果阳极区含有碘离子,加入稀硫酸后就有碘单质生成,淀粉溶液就会变蓝色,否则不变色.
故答案为:取少量阳极区电解液于试管中,加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液,观察是否变蓝;如果不变蓝,说明无I-,如果变蓝,说明有I-.
(4)从热溶液中析出晶体的方法是:冷却结晶;洗涤后的晶体有水分,所以要进行干燥;过滤后得到的晶体上吸附部分氢氧化钾等杂质,为得到较纯净的碘酸钾晶体,所以要进行洗涤.
故答案为:冷却结晶;干燥;洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质.
解析
解:(1)碘是紫黑色固体;加热条件下碘易升华,杂质不易升华,所以采用升华的方法分离碘单质.
故答案为:紫黑色;升华.
(2)阳极附近的阴离子有碘离子、碘酸根离子和氢氧根离子,电解过程中阳极上碘离子失电子生成碘单质,电极反应式为:2I--2e-=I2;阴极上氢离子放电生成氢气,所以阴极现象:有气泡产生.
故答案为:2I--2e-=I2;有气泡产生.
(3)电解后的溶液区含有碘酸根离子,酸性条件下,碘离子和碘酸根离子能发生氧化还原反应生成碘单质,淀粉溶液遇碘变蓝色,所以实验方法是:取少量阳极区电解液于试管中,加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液,观察是否变蓝;如果阳极区含有碘离子,加入稀硫酸后就有碘单质生成,淀粉溶液就会变蓝色,否则不变色.
故答案为:取少量阳极区电解液于试管中,加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液,观察是否变蓝;如果不变蓝,说明无I-,如果变蓝,说明有I-.
(4)从热溶液中析出晶体的方法是:冷却结晶;洗涤后的晶体有水分,所以要进行干燥;过滤后得到的晶体上吸附部分氢氧化钾等杂质,为得到较纯净的碘酸钾晶体,所以要进行洗涤.
故答案为:冷却结晶;干燥;洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质.
下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、盐桥是保证其连接的两个半电池中电解质溶液呈电中性,盐桥是离子的定向移动,而铜导线是电子的定向移动,所以其作用和用铜导线连接不一致,故A错误;
B、酸碱指示剂指示的终点和酸碱恰好反应的点不会完全重合,故有一定误差,只是选择合适的指示剂指示终点让误差减小一些,但不能完全用指示剂来判酸碱中和恰好完全,所以酸碱中和滴定的终点时pH不一定是7的点,故B错误;
C、pH计可以精确到0.1甚至0.01,广泛pH试纸只能精确到1,故C错误;
D、加水促进电离、加冰醋酸是醋酸浓度变大平衡向电离方向移动,故D正确;
故选D.
燃料电池在工业生产中有重要用途,肼(N2H4)燃料电池方产物对环境无污染,能量高,有广泛的应用前景,其工作原理如图所示.回答下列问题:
(1)该燃料电池中,负极通入的气体是______,正极通入的气体是______.
(2)电池工作时,OH-向______(“正”或“负”)极移动,负极的电极反应式为______.
(3)肼在工业上常以氨和次氯酸钠为原料制得,其反应的化学方程式为2NH3+NaClO═N2H4+NaCl+H2O,若将氨气和次氯酸钠的反应设计成原电池,则该原电池正极的电极反应式为______.
正确答案
解:(1)在肼(N2H4)燃料电池中,通入燃料气体N2H4为负极,通入O2的一极为正极;故答案为:N2H4;O2;
(2)在原电池中,阴离子向负极移动,在碱性电解质中失去电子生成氮气和水,电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O,故答案为:负;N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O;
(3)将氨气和次氯酸钠的反应设计成原电池,根据化学方程式为2NH3+NaClO═N2H4+NaCl+H2O,NaClO在正极放电,得电子发生还原反应,电极反应式为为ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-,故答案为:ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-.
解析
解:(1)在肼(N2H4)燃料电池中,通入燃料气体N2H4为负极,通入O2的一极为正极;故答案为:N2H4;O2;
(2)在原电池中,阴离子向负极移动,在碱性电解质中失去电子生成氮气和水,电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O,故答案为:负;N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O;
(3)将氨气和次氯酸钠的反应设计成原电池,根据化学方程式为2NH3+NaClO═N2H4+NaCl+H2O,NaClO在正极放电,得电子发生还原反应,电极反应式为为ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-,故答案为:ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-.
用铜片、锌片和稀硫酸及若干其他器材组合成一个原电池,
(1)从理论上讲,预期看到的现象是______
(2)实验过程中,观察到锌片上有少量气泡冒出,铜片上有大量气泡冒出.试解释:______
(3)该电池的负极发生______反应,正极电极反应方程式为:______
(4)利用Fe+2FeCl3=3FeCl2反应制一个化学电池(给出若干导线、电极材料和电解液自选),画出实验装置图,注明电解质溶液名称和正负极材料.______.
正确答案
铜片上有大量气泡,锌片上无气泡,锌片不断溶解
锌片不纯,与所含杂质可以形成许多微型原电池
氧化
2H++2e-=H2↑
解析
解:(1)金属锌可以和硫酸反应生成氢气,铜片、锌片和稀硫酸构成的原电池中,金属锌为负极,金属铜是正极,氢离子在该极放电,产生大量的氢气,故答案为:铜片上有大量气泡,锌片上无气泡,锌片不断溶解;
(2)锌片上有少量气泡冒出,说明锌片不纯,与所含杂质可以形成许多微型原电池,该原电池中会产生氢气,故答案为:锌片不纯,与所含杂质可以形成许多微型原电池;
(3)铜片、锌片和稀硫酸构成的原电池中,金属锌为负极,原电池的负极发生失电子的氧化反应,正极上发生得电子的还原反应,电极反应为:2H++2e-=H2↑,故答案为:氧化;2H++2e-=H2↑;
(4)Fe+2FeCl3=3FeCl2反应制成的原电池中,失电子的金属铁做负极,比金属铁活泼性弱的金属做正极,电解质一定是氯化铁溶液,实验装置如下:,故答案为:
.
按图装置进行实验,下列描述正确的是(N装置中两个电极均为石墨棒)( )
正确答案
解析
解:A.N为电解池,C1为阳极,发生氧化反应,故A错误;
B.M构成原电池,Zn为负极,则SO42-移向Zn电极,故B错误;
C.M中发生Zn+2H+═Zn2++H2↑,N装置中两个电极均为石墨棒,N中发生2H2O2H2↑+O2↑,则一段时间后装置M中溶液pH变大,装置N中溶液pH变小,故C错误;
D.Cu电极与C2电极上的电极反应均为氢离子发生的还原反应,故D正确;
故选D.
如图所示的原电池装置,下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、Zn、Cu、硫酸构成原电池,实现了化学能转化为电能,故A正确;
B、锌、铜和稀硫酸组成的原电池中,锌作负极,铜作正极,电子从负极沿导线流向正极,故B正确;
C、锌、铜和稀硫酸组成的原电池中,锌作负极,负极上锌失电子发生氧化反应,故C错误;
D、锌、铜和稀硫酸组成的原电池中,铜作正极,正极上氢离子得电子发生还原反应:2H++2e-→H2↑,故D正确.
故选C.
如图所示,A、B、C三个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液.
(1)A、B、C三个装置中属于电解池的是______.
(2)A池中Cu是______极,A池中总反应的离子方程式为______.
(3)B池中C电极上发生______反应(填“氧化”或“还原”),B池中总反应的化学方程式为______.
(4)C池中Cu是______极,电极反应为______.反应过程溶液中C(Cu2+)______(填“变大”“变小”或“不变”).
正确答案
BC
正
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
还原
CuCl2Cl2↑+Cu
阳
Cu-2e-=Cu2+
不变
解析
解:(1)BC装置都有外接电源,所以是把电能转化为化学能的装置,属于电解池,故选BC;
(2)该装置是原电池,较活泼的金属锌作负极,铜作正极,锌和铜离子发生氧化还原反应生成锌离子和铜单质,所以A池中总反应的离子方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu,
故答案为:Zn+Cu2+=Zn2++Cu;
(3)B电池中,C连接原电池负极,所以C是阴极,阴极上得电子发生还原反应,电解池工作时,阴极上铜离子得电子发生还原反应,阳极上氯离子失电子发生氧化反应,所以电池反应式为:CuCl2Cl2↑+Cu,故答案为:还原;CuCl2
Cl2↑+Cu;
(4)铜连接原电池的正极,所以是阳极,铜是活泼电极,所以电解池工作时,阳极上铜失电子生成铜离子而不是溶液中阴离子失电子,电极反应式为Cu-2e-=Cu2+,因为阳极上铜失电子进入溶液,阴极上铜离子得电子生成铜单质,阳极上溶解的铜等于阴极上析出的铜,所以溶液中铜离子浓度不变,故答案为:阳;Cu-2e-=Cu2+;不变.
能源是现代文明的原动力,通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化,从而开辟新能源和提高能源的利用率.
(1)氢气在燃烧时,放出大量热量,说明该反应是______反应(填“放热”或“吸热”);这是由于反应物的总能量______生成物的总能量(填“大于”或“小于”);从化学反应的本质角度来看,是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量______形成产物的化学键放出的总能量(填“大于”或“小于”).
(2)通过氢气的燃烧反应,可以把氢气中蕴含的化学能转化为热能,如果将该氧化还原反应设计成原电池装置,就可以把氢气中蕴含的化学能转化为电能,右图就是能够实现该转化的装置,被称为氢氧燃料电池.该电池的正极是______(填a电极或b电极),H+移动方向与电流方向______(填相同或相反)
正确答案
解:(1)燃烧反应都是放热反应,所以氢气的燃烧反应是放热反应,根据能量守恒定律,放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量;化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成产物的化学键放出的总能量,
故答案为:放热;大于;小于;
(2)根据原电池电极反应,负极:失电子,发生氧化反应;正极:得电子,反应还原反应,所以氢氧燃料电池,负极上氢气反应,失电子生成氢离子;H+向正极移动而电流由正极向负极移动,所以方向相反,
故答案为:b电极;相反.
解析
解:(1)燃烧反应都是放热反应,所以氢气的燃烧反应是放热反应,根据能量守恒定律,放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量;化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成产物的化学键放出的总能量,
故答案为:放热;大于;小于;
(2)根据原电池电极反应,负极:失电子,发生氧化反应;正极:得电子,反应还原反应,所以氢氧燃料电池,负极上氢气反应,失电子生成氢离子;H+向正极移动而电流由正极向负极移动,所以方向相反,
故答案为:b电极;相反.
关于下列装置说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A.该装置是原电池,锌作负极,铜作正极,放电时,电解质溶液中硫酸根离子向负极锌移动,故A错误;
B.用惰性电极电解氯化钠溶液时,a极上氢离子放电,同时有氢氧根离子生成,导致a极附近溶液的pH增大,故B正确;
C.电解精炼铜时,粗铜作阳极,则d极作阳极,故C错误;
D.该装置是原电池,锌作负极,铁作正极,电子由Zn沿导线流向Fe,正极上氢离子得电子发生还原反应,所以装置中没有Fe2+生成,故D错误;
故选B.
关于如图所示装置的叙述,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、铜、锌、硫酸之间可以构成原电池,金属锌是负极,电极质量减少,铜是正极,电极上产生气泡,故A错误;
B、铜、锌、硫酸之间可以构成原电池,金属锌是负极,电极质量减少,铜是正极,电极上产生气泡,故B错误;
C、铜、锌、硫酸之间可以构成原电池,金属锌是负极,电极质量减少,故C正确;
D、锌、硫酸之间可以构成原电池,金属锌是负极,铜是正极,电流从正极流向负极,即从铜沿导线流向锌,故D错误.
故选C.
由碳棒、铁片和200mL稀H2SO4组成的原电池中,当在碳棒上共放出3.36L(标准状况)气体时,消耗铁的物质的量为______,有______个电子通过了电线.
正确答案
解:该电池的电池反应式为:Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 转移电子
1mol 22.4L 2×6.02×10 23个
0.15mol 3.36L 1.806×1023 个
所以消耗铁的物质的量为0.15mol;有1.806×1023 个电子通过导线.
故答案为:0.15mol;1.806×1023.
解析
解:该电池的电池反应式为:Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 转移电子
1mol 22.4L 2×6.02×10 23个
0.15mol 3.36L 1.806×1023 个
所以消耗铁的物质的量为0.15mol;有1.806×1023 个电子通过导线.
故答案为:0.15mol;1.806×1023.
有关如图所示原电池的叙述,正确的是(盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液)( )
正确答案
解析
解:A.该原电池中,铜作正极,正极上铜离子得电子生成铜单质,所以铜片上没有气泡产生,故A错误;
B.取出盐桥后,不是闭合回路,没有电流产生,电流计不发生偏转,故B错误;
C.原电池放电时,盐桥中阳离子向正极移动,所以盐桥中钾离子向硫酸铜溶液移动,故C正确;
D.铜电极上铜离子得电子发生还原反应而析出铜,所以铜片质量增加,故D错误;
故选C.
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