- 原电池的设计
- 共53题
理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池．请利用反应Cu+2Ag=2Ag+Cu2+设制成一个化学电池（正极材料用碳棒），回答下列问题：
（1）该电池的负极材料是______，电解质溶液是______；（2）正极的电极反应式为______；
（3）若导线上转移电子1mol，则生成银______克．
正确答案
Cu
硝酸银溶液
Ag++e-=Ag
108
解析
解：（1）原电池中失电子的物质作负极，根据反应方程式知，Cu作负极，电解质溶液中含有得电子的Ag+，可用硝酸银溶液作电解质溶液，
故答案为：Cu；硝酸银溶液；
（2）在正极上银离子得电子生成银单质，电极反应式为Ag++e-=Ag，
故答案为：Ag++e-=Ag；
（3）由Ag++e-=Ag可知，导线上转移电子1mol，则生成1molAg，质量为1mol×108g/mol=108g，
故答案为：108．
下列实验方案中不能实现：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑反应的是（ ）
正确答案
解析
解：A．用导线将铁片和铜片连接后，放入一盛有稀 H2SO4溶液的烧杯中，铁为负极，被氧化，铜为正极，正极上生成氢气，故A正确；
B．铁为活泼金属，可与稀硫酸反应而实现Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑反应，故B正确；
C．Cu片作阴极，铁片作阳极，电解一定量的H2SO4溶液，铁可被氧化生成FeSO4，阴极生成氢气，故C正确；
D．Cu片作阳极，阳极上生成铜离子，铁为阴极，没有参加反应，故D错误．
故选D．
CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂．
（1）某同学配制CuSO4溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液．他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，随后，他向烧杯中加入了一定量的______溶液，得到了澄清的CuSO4溶液．
（2）该同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究．
①图一是根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4 设计成的锌铜原电池．Cu极的电极反应式是______，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K+向______移动（填“甲”或“乙”）．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是______（填“CH4”或“O2”），a处电极上发生的电极反应式是______；当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的CH4在标准状况下的体积为______L．
（3）反应一段时间后，燃料电池的电解质溶液完全转化为K2CO3溶液，以下关系正确的是______．
A．c（K+）+c（H+）=c（HCO3-）+c（CO32-）+c（OH-）
B．c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3）
C．c（K+）＞c（CO32-）＞c（H+）＞c（OH-）
D．c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-）
E．c（K+）=2c（CO32-）+c（HCO3-）+c（H2CO3）
正确答案
解：（1）配制水解呈酸性的溶液时应在相应酸的稀溶液中溶解，防止水解．硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子在溶液中发生水解生成氢氧化铜，应加入硫酸使其溶解，
故答案为：硫酸；
（2）①根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu2++2e-═Cu，
盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时，Cl-向负极移动，K+向正极移动，所以，K+向乙装置移动，
故答案为：Cu2++2e-═Cu；乙；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，
电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH4；镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O2．所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH4放电，发生氧化反应，电极反应式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，
根据电子转移守恒8n（CH4）=2n（Cu）=2×
所以n（CH4）=
所以v（CH4）=
故答案为：O2；CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；0.28L；
（4）A、电荷不守恒，故A错误；
B、溶液中OH-来源于水的电离及CO32-、HCO3-与水的水解反应，每产生1个H2CO3，分子，生成2个OH-，故c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3），故B正确；
C、K2CO3溶液呈碱性判断，故c（H+）＜c（OH-），故C错误；
D、溶液中OH-来源于水的电离，HCO3-、CO32-水解，所以c（OH-）＞c（HCO3-），盐类水解很微弱，所以c（CO32-）＞c（OH-），故c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-），故D正确；
E、根据物料守恒c（K+）=2c（CO32-）+2c（HCO3-）+2c（H2CO3），故E错误．
故选：BD．
解析
解：（1）配制水解呈酸性的溶液时应在相应酸的稀溶液中溶解，防止水解．硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子在溶液中发生水解生成氢氧化铜，应加入硫酸使其溶解，
故答案为：硫酸；
（2）①根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu2++2e-═Cu，
盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时，Cl-向负极移动，K+向正极移动，所以，K+向乙装置移动，
故答案为：Cu2++2e-═Cu；乙；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，
电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH4；镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O2．所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH4放电，发生氧化反应，电极反应式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，
根据电子转移守恒8n（CH4）=2n（Cu）=2×
所以n（CH4）=
所以v（CH4）=
故答案为：O2；CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；0.28L；
（4）A、电荷不守恒，故A错误；
B、溶液中OH-来源于水的电离及CO32-、HCO3-与水的水解反应，每产生1个H2CO3，分子，生成2个OH-，故c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3），故B正确；
C、K2CO3溶液呈碱性判断，故c（H+）＜c（OH-），故C错误；
D、溶液中OH-来源于水的电离，HCO3-、CO32-水解，所以c（OH-）＞c（HCO3-），盐类水解很微弱，所以c（CO32-）＞c（OH-），故c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-），故D正确；
E、根据物料守恒c（K+）=2c（CO32-）+2c（HCO3-）+2c（H2CO3），故E错误．
故选：BD．
发生原电池的反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反应是（ ）
正确答案
解析
解：A：原电池反应是放热的氧化还原反应，放热反应的△H＜0，故A错．
B：该反应不是氧化还原反应，且为吸热反应，故B错．
C：由于生成物Ca（OH）2微溶于水，会附着在反应物CaC2表面，反应难以继续，并且该反应不是氧化还原反应，故C错．
D：该反应是自发的氧化还原反应，且为放热反应，所以D正确．
故选D．
理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池．请利用反应“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”设制一个化学电池（正极材料用碳棒），回答下列问题：
（1）该电池的负极材料是______，发生______反应（填“氧化”或“还原”），电解质溶液是______；
（2）正极上出现的现象是______；
（3）若导线上转移电子1mol，则生成银______克．
正确答案
解：（1）在Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+反应中，Cu被氧化，应为原电池的负极，电解反应为：Cu-2e-=Cu2+，电解质溶液为含Ag+离子的溶液，如AgNO3，故答案为：Cu；氧化；AgNO3溶液；
（2）Ag+得电子被还原生成单质Ag，正极上有银白色物质生成，电极反应为Ag++e-=Ag，应为原电池正极反应，
故答案为：碳棒上出现银白色物质；
（3）正极反应为Ag++e-=Ag，若导线上转移电子1mol，则生成银1mol，质量为108g，故答案为：108．
解析
解：（1）在Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+反应中，Cu被氧化，应为原电池的负极，电解反应为：Cu-2e-=Cu2+，电解质溶液为含Ag+离子的溶液，如AgNO3，故答案为：Cu；氧化；AgNO3溶液；
（2）Ag+得电子被还原生成单质Ag，正极上有银白色物质生成，电极反应为Ag++e-=Ag，应为原电池正极反应，
故答案为：碳棒上出现银白色物质；
（3）正极反应为Ag++e-=Ag，若导线上转移电子1mol，则生成银1mol，质量为108g，故答案为：108．
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