- 电化学基础
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某同学在做原电池原理的实验时,有如下实验步骤:
①用导线将灵敏电流计的两端分别与纯净的锌片和铜片相连接(如图1);
②把一块纯净的锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中;
③把一块纯净的铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中;
④用导线把锌片和铜片连接起来后,再平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图2)。
回答下列问题:
(1)实验步骤①中应观察到的现象是 。
(2)实验步骤②中应观察到的现象是 。
(3)实验步骤③中应观察到的现象是 。
(4)实验步骤④中应观察到的现象是 。
(5)通过实验步骤④该同学头脑中有了一个猜想(或假设),该猜想是 。
(6)为了证实该猜想,该同学又设计了第⑤步实验,请简要画出第⑤步实验的装置示意图。
正确答案
(1)电流计指针不偏转
(2)锌片上有气泡产生
(3)铜片上无气泡
(4)铜片上有大量气泡,锌片上没有气泡或有少量气泡
(5)有电子从锌经导线向铜片移动
(6)有电子从导线上流过,导线上应形成电流,可以连接一个电流计来证明,实验装置图可设计如下,溶液为稀硫酸。
形成原电池必须满足下列条件:①两块活泼性不同的金属(或一块金属,一块可导电的非金属)作两极;②电解质溶液;③形成闭合电路;④有自发的氧化还原反应。
有A、B两位学生均想利用原电池反应验证金属的活动性顺序，并探究产物的有关性质，分别设计了如图所示的原电池，请完成下列问题：
(1)①负极材料：
A池________，B池________。
②电极反应式：
A池：正极：________，负极：________
B池：正极：________，负极：________
(2)B池总反应的离子方程式为_________________________________。
正确答案
(1)①Mg Al ②2H＋＋2e－=H2↑ Mg－2e－=Mg2＋ 6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑ 2Al＋8OH－－6e－=2AlO2—＋4H2O
(2)2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2—＋3H2↑
原电池中必须有氧化还原反应发生，且负极是发生氧化反应的电极，正极是发生还原反应的电极。A池中：据金属活泼性顺序及电解质溶液为稀硫酸，可判断Mg为该原电池的负极，其电极反应式为Mg－2e－=Mg2＋；溶液中的H＋在铝极(正极)上获得电子放出H2，其电极反应
式为2H＋＋2e－=H2↑。B池中：因电解质溶液为NaOH溶液，尽管Mg的活泼性比Al强，但Mg与NaOH不反应，而Al能与NaOH发生氧化还原反应，所以B池中Al为负极，其电极反应式为Al＋4OH－－3e－=AlO2—＋2H2O；Mg为正极，其电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。总电池反应式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2—＋3H2↑。
（1）如图1是一种新型燃料电池，它以CO为燃料，一定比例的Li2CO3和Na2CO3熔融混合物为电解质，图2是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。
回答下列问题：
①写出A极发生的电极反应式______________________________________。
②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应与________极相连(填“C”或“D”)。
③当消耗标准状况下2.24 L CO时，C电极的质量变化为________。
（2）工业上，可用铁作阳极，电解KOH溶液制备K2FeO4。
①电解过程中，OH－向________(填“阴”或“阳”)极移动，阳极的电极反应式为____________________________。
②若阳极有28 g Fe溶解，则阴极析出的气体在标准状况下的体积为________L。
正确答案
（1）①CO－2e－＋CO32-=2CO2 ②D ③增加6.4 g
（2）①阳 Fe－6e－＋8OH－=FeO42-＋4H2O
②33.6
（1）由图可知A为负极，B为正极，D为阳极，C为阴极。
（2）根据电解原理，阴离子向阳极移动，阳极发生氧化反应，可确定阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－=FeO42-＋4H2O，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑。
如下图所示，用铅蓄电池电解100 g 10.0%的硫酸钠溶液，经过一段时间后，测得溶液质量变为95.5 g。下列说法正确的是（ ）
正确答案
B
电解硫酸钠溶液时，铁作阴极，D项错误；电解硫酸钠溶液其实质上是电解水，根据题意可知有4.5 g水被电解，转移电子的物质的量为4.5 g/18 g·mol－1×2＝0.5 mol，A项错误；铅蓄电池的负极应为Pb失去电子，C项错误。用排除法可知B正确。
（1）蕴藏在海底的“可燃冰”是在高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体，我国南海海底有极其丰富的“可燃冰”资源。将“可燃冰”从海底取出时易融化，释放出的甲烷气体将泄漏于大气中而产生严重的环境问题，这是目前开采“可燃冰”遇到的技术难题，请据此回答：
①甲烷气体泄漏于大气中会造成怎样的环境问题？答： 。
②请你运用所学的物质结构知识解释“可燃冰”为何易融化放出气体？
答： 。
（2）设计出燃料电池使液化石油气氧化直接产生电流是新世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人设计了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入液化石油气（以C4H10表示），电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-。
①已知该电池的负极反应为：C4H10+13O2--26e- 4CO2+5H2O，则该电池的正极反应式为 ，电池工作时，固体电解里的O2-向 极移动。
②液化石油气燃料电池最大的障碍是氧化还原不完全而产生的 （填写物质的名称）堵塞电极的通气管道。
（3）能源的紧缺在很大程度上制约了我国的经济发展，请你提出解决能源紧缺问题的两点建议：① ，
② 。
正确答案
（1）①温室效应（1分）
②“可燃冰”是分子晶体，分子间存在较弱的分子间作用力，故“可燃冰”的熔沸点较低 （1分）
（2）①O2+4e-====2O2-（2分） 负（1分） ②固体碳（1分）
（3）①寻找新能源（1分） ②提高燃料的利用率（1分）
（1）物质熔沸点高低的判断、易挥发、易液化等问题都与构成物质的微粒间相互作用的强弱有关。
（2）根据燃烧方程式推得总反应式为 C4H10+ 13/2 O2 → 4 CO2+ 5 H2O
减去负极反应式 C4H10+13O2--26e- 4CO2+5H2O
13/2 O2-（13O2--26e-）=0 整理得： O2+4e-=O2-
（1）如下图所示，组成一种原电池．试回答下列问题(灯泡功率合适)：
①电解质溶液为稀H2SO4时上述装置中灯泡亮，此时Al电极上发生反应的电极反应式为： ___；
②电解质溶液为NaOH溶液时，灯泡______(填“亮”或“不亮”, 填“亮”做a题，填“不亮”做b题)。
a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的电极反应式为：_______________；
Al电极上发生反应的电极反应式为：_______________；
b．若灯泡不亮，其理由为：________________________。
（2）原电池原理的应用之一是可以设计原电池。请利用反应“Cu＋2Fe3+ ＝2Fe2+ +Cu2+ ”设制一个原电池（正极材料用碳棒）则该电池的负极材料是__________，若导线上转移电子1．5 mol，则溶解铜的质量是__________。另外的重要应用是实验室在用锌与稀硫酸反应制备氢气时，可向溶液中滴加少量硫酸铜溶液。其作用是: ______________________________。
（3）氢氧燃料电池（电解质为KOH溶液，惰性材料作电极）负极反应的电极反应式为：______________________________。
正确答案
（1）①2H+ + 2e- = H2↑；
②亮 a． 6H2O + 6e- = 6OH- + 3H2↑；2Al – 6e- + 8OH- =2AlO2- + 4H2O。
（2）Cu；48g；形成了Zn—Cu原电池，加快了化学反应的速率（注：必须强调形成Zn—Cu原电池，否则不得分）；（3）H2 +2 OH- - 2e-=2H2O
试题分析：（1）①分析题给装置图，当电解质溶液为稀H2SO4时上述装置中灯泡亮，则形成原电池，镁较活泼，作原电池的负极，Al片作原电池的正极，电极反应式：2H+ + 2e- = H2↑；②电解质溶液为NaOH溶液时，Al片作负极，Mg片作正极，灯光亮，Mg电极上发生的电极反应式为a． 6H2O + 6e- = 6OH- + 3H2↑；Al电极上发生反应的电极反应式为：2Al – 6e- + 8OH- =2AlO2- + 4H2O；（2）结合Cu＋2Fe3+ ＝2Fe2+ +Cu2+知，铜片发生氧化反应，负极材料是Cu片，电极反应式为Cu-2e- ＝Cu2+ ，若导线上转移电子1．5 mol，则溶解铜的质量是
(9分)
新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
回答下列问题：
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为 、 。
(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是 ，电解氯化钠溶液的总反应方程式为 ；
(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为
（法拉第常数F=9.65×l04C.mol-1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为 L(标准状况)。
正确答案
：（1）O2+2H2O +4e—=4OH—，CH4+10OH--8e—=CO32-+ 7H2O；（2）H2；2NaCl+2H2O
：（1）燃料电池的总反应就是燃料燃烧的反应即：CH4+2O2+2OH- = CO32-+ 3H2O，故其正极反应式为：O2+ 2H2O +4e—= 4OH—，我们用总反应式减正极反应式可得负极反应式：CH4+10OH--8e—=CO32-+ 7H2O；（2分析图中三池可看出1、2两池是串联的燃料电池，通入甲烷的一极是负极，故此电解池中与其相连的b电极为阴极，生成的气体为氢气；电解的总反应式为：2NaCl+2H2O
【考点定位】此题以燃料电池的使用为载体，考查了原电池的电极反应式书写、电极的判断和电解知识。
[化学—选修2：化学与技术]（15分）
锌锰电池（俗称干电池）在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造图如图（a）所示。
回答下列问题：
（1）①普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH。该电池中，负极材料主要是____________________，电解质的主要成分是__________，正极发生的主要反应是________________________________________________________。
②与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是_______。
（2）图（b）表示回收利用废旧普通锌锰电池的一种工艺（不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属）。
①图（b）中产物的化学式分别为A_______，B________。
②操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4。操作b中，绿色的K2MnO4溶液反应后生成紫色溶液和一种黑褐色固体，该反应的离子方程式为_______。
③采用惰性电极电解K2MnO4溶液也能得到化合物D，则阴极处得到的主要物质是____。（填化学式）
正确答案
（1）①Zn NH4Cl MnO2+NH4++e-=" MnOOH+" NH3
②碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。
（2）①ZnCl2 NH4Cl ②3MnO42-+2CO2=2MnO4-+MnO2↓+2CO32- ③H2
（1）根据化学方程式Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH，锌是负极材料，氯化铵是电解质的主要成分，二氧化锰和铵根离子在正极发生反应, MnO2+NH4++e-=" MnOOH+" NH3。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。
（2）废电池经机械分离后，加水溶解后再加稀盐酸，浓缩结晶得到氯化铵和氯化锌。氯化铵不稳定，受热易分解，所以B为氯化铵，A为氯化锌。绿色的K2MnO4溶液发生反应后生成紫色的高锰酸钾溶液和黑褐色的二氧化锰，该反应的离子方程式为3MnO42-+2CO2=2MnO4-+MnO2↓+2CO32-。采用惰性电极电解K2MnO4溶液，阴极氢离子得电子生成氢气。
【考点定位】化学与技术、原电池原理、电极方程式的书写
(10分) A、B、C三个烧杯中分别盛有200mL相同物质的量浓度的稀硫酸
（1）分别写出三个装置中铁片表面发生反应的离子方程式：
A ；B ； C 。
（2）一段时间后，B中Sn(锡)极附近溶液的pH （填“增大”、“减小”、“不变”）。
（3）一段时间后，C中产生了3.36L（标准状况）气体时，硫酸恰好全部被消耗，则原稀硫酸溶液的物质的量浓度为 mol·L-1。
正确答案
（1）A ： Fe+2H+=Fe2++H2↑。B：Fe-2e- = Fe2+ C： 2H+ +2e-= H2↑
（2）增大 （3） 0.75
在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。
（1）A装置不是原电池，铁中间和稀硫酸反应，方程式为Fe+2H+=Fe2++H2↑。BC分别是原电池，其中B中铁是负极，电极反应式为Fe-2e- = Fe2+。C中铁是正极，电极反应式为2H+ +2e-= H2↑。
（2）B装置中锡是正极，溶液中的氢离子得到电子，所以pH增大。
（3）3.36L气体是氢气，其物质的量是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，所以根据氢原子守恒可知，硫酸的物质的量是0.15mol，所以浓度是0.15mol÷0.2L＝0.75mol/L。
如图所示，甲、乙两装置电极材料都是铁棒与碳棒，请回答下列问题：
(1)若两装置中均为CuSO4溶液，反应一段时间后：
①有红色物质析出的是甲装置中的 棒，乙装置中的 棒。
②乙装置中阳极的电极反应式是： 。
(2)若两装置中均为饱和NaCl溶液：
①写出乙装置中总反应的离子方程式： 。
②甲装置中碳极的电极反应式是 ，乙装置碳极的电极反应属于 (填“氧化反应”或“还原反应”)。
③将湿润的淀粉KI试纸放在乙装置碳极附近，发现试纸变蓝，解释其原因： 。
正确答案
(1)①碳 铁 ②4OH－－4e－=2H2O＋O2↑
(2)①2Cl－＋2H2O
②2H2O＋O2＋4e－=4OH－ 氧化反应
③在乙装置碳棒电极上生成Cl2，Cl2与I－反应生成I2，I2遇淀粉变蓝
甲为原电池，乙为电解池。
(1)若两装置中均为CuSO4溶液，则：
甲
乙
(2)若均为NaCl溶液，则：
甲
乙
某研究性学习小组根据反应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，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
回答下列问题：
(1)此原电池的正极是石墨 (填“a”或“b”)，发生 反应。
(2)电池工作时，盐桥中的SO42-移向 (填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)两烧杯中的电极反应式分别为：甲 ，乙 。
(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为 mol。
正确答案
(1)a 还原 (2)乙
(3)MnO4-＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2O 5Fe2＋－5e－=5Fe3＋
(4)0.5
(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO42-向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO4-＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－=5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L－1变为1.5 mol ·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为0.1 mol×5＝0.5 mol。
将Zn棒和Cu棒用导线连接后，放入某电解质溶液中，构成如下图所示装置。试回答下列问题：
（1）若电解质溶液为稀硫酸，则Zn棒为原电池的 极，可观察到Cu棒的所产生现象是 ，写出该电极反应式： 。
（2）若电解质为硫酸铜溶液，则Cu棒上发生 反应，Zn棒上发生反应的电极反应式为： 。
正确答案
（10分）（1）负极(2分)有气泡生成（或有气体放出）(2分)；2H++2e-＝H2↑(2分)
（2）还原 (2分) Zn-2e-＝Zn2+ (2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。锌比铜活泼，所以锌失去电子，做负极。铜是正极，溶液中的氢离子在正极得到电子，生成氢气，电极反应式是2H++2e-＝H2↑，所以实验现象是有气泡生成（或有气体放出）。
（2）若电解质为硫酸铜溶液，则溶液中的铜离子在正极得到电子，发生还原反应。而锌仍然是负极，失去电子，电极反应式是Zn-2e-＝Zn2+。
点评：该题是中等难度的试题，也是高考中的常见题型，属于基础性试题的考查。试题贴近教材，基础性强，有利于激发学生的学习兴趣和学习积极性。该题的关键是明确原电池的工作原理，然后结合题意灵活运用即可。有利于培养学生的逻辑推理能力和规范的答题能力。
（海水电池）1991年我国首创以铝－空气－海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，则电源负极材料为： ，正极材料为： 。正、负极反应分别为： 、 。
正确答案
负极材料为：Al；正极材料为：石墨等能导电的惰性材料或活泼性比铝弱的金属材料。
负极反应：3Al－12e—＝3Al3＋
正极反应：3O2＋6H2O＋12e—＝12OH－
根据原电池构成的条件，活泼金属作负极（失去电子），发生氧化反应；惰性材料作正极（得到电子），发生还原反应。
（1）写出铝热法炼铁的化学方程式______
（2）氢氧燃烧电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域．它的电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等．电解质溶液一般为40%的KOH溶液．请写出电极反应式：
负极：______
正极：______
（3）在中国古代的《淮南万毕术》里，就有湿法炼铜：“曾青得铁则化为铜“的记载．曾青又名空青、白青、石胆、胆矾等，其实都是天然的硫酸铜．请根据“湿法炼铜”的反应设计一个原电池装置，画出原电池的装置图，标出正、负极和电解质溶液．______．
正确答案
（1）铝热法炼铁的原理是用金属铝和铁的氧化物在高温下发生置换反应，以Fe2O3为例，
反应的化学方程式为Fe2O3+2Al
（2）碱性氢氧燃料电池工作时，在负极上通入氢气，发生氧化反应，电极反应式为2H2-4e-+4OH-=4H2O，在正极上通入氧气，发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，
总反应为2H2+O2
（3）原电池的总反应为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，则该原电池中，Fe为负极，Cu（或C）为正极，电解质溶液为硫酸铜溶液，
则原电池装置为
，故答案为：
．
(11分)已知金属活动相差越大，形成原电池时越容易放电。请根据如图装置，回答下列问题：
（1）各装置名称是：A池________，B池______，C池________。
（2）写出电极上发生的反应：①_____________，③___________，⑤_____________。
（3）当电路上有2 mol电子流过时，①极上质量变化______g，⑥极上质量变化______g。
（4）反应进行一段时间后，A、B、C三池中电解质溶液浓度不变的是________。
正确答案
（1）原电池 电解池 电镀池 （2）Zn－2e－==Zn2＋ 2Cl－－2e－==Cl2↑ Ag－e－==Ag＋
（3）65 216 （4）C池
试题分析：由于两个电极活动性的差异最大的是Zn与Ag,所以A池是原电池。Zn是负极，发生氧化反应，Ag为正极，在正极上发生还原反应。相对其它池来说是电源。B池是电解池；C池是电解池。由于Ag电极与电源的正极连接，是阳极，Cu是与电源的负极连接的，是阴极。因此该池也就是电镀池。（2）①在Zn电极上发生反应: Zn－2e－==Zn2＋;在③电极上Cl－放电，电极反应式是2Cl－-2e-= Cl2↑；在⑤上由于Ag作阳极，所以是单质Ag失去电子，电极反应式是Ag－e－==Ag＋。（3）当电路上有2 mol电子流过时，因为Zn是+2价的金属，所以有1mol的Zn发生氧化反应，所以①极上质量会减轻65g。在⑥极上会有质量变化2mol的Ag＋得到电子，被还原，析出金属Ag,其质量为2mol×108g/mol=216g。（4）反应进行一段时间后，A池的电解质溶液会逐渐有H2SO4变为Zn SO4;B池会逐渐变为NaOH溶液；而在C池因为阳极产生Ag＋离子，在阴极上是Ag＋得到电子，被还原，所以仍然是AgNO3溶液， 浓度基本不变。选项为C。
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