- 原电池的设计
- 共53题
依据氧化还原反应：2Ag+（aq）+Cu（s）=Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原电池．可选择的试剂有：铁棒，铜棒，银棒，Fe（NO3）2溶液，AgNO3溶液，Cu（NO3）2溶液．
请回答下列问题：
（1）负极的材料是______；发生的电极反应为______；正极的材料是______；发生的电极反应为______；
电解质溶液是______；
（2）负极上观察到的现象是______；正极上观察到的现象是______；溶液中的阴离子移向______（填电极材料），外电路的电子移向______ （填电极材料）．
（3）当Ag+的消耗速率为0.05mol/（L•min）时，Cu2+的生成速率是______．
（4）铜与盐酸的反应可用于设计原电池吗？简述原因______．
正确答案
解：（1）根据反应“2Ag+（aq）+Cu（s）═Cu2+（aq）+2Ag（s）”分析，在反应中，Cu被氧化，失电子生成铜离子，电极反应为应为Cu-2e-=Cu2+，所以铜为原电池的负极；则正极为活泼性较Cu弱的Ag，Ag+在正极上得电子被还原生成银单质，电极反应为Ag++e=Ag，电解质溶液为AgNO3 ，
故答案为：铜棒；Cu-2e-=Cu2+；银棒；Ag++e=Ag；AgNO3 溶液；
（2）铜为负极，负极上失电子生成铜离子进入溶液，所以看到的现象是铜棒不断溶解；正极上银离子得电子生成银单质，所以看到的现象是有固体析出；电子在正极上聚集，所以负极附近有大量的阳离子，溶液中的阴离子移向负极铜棒；外电路上，电子从负极铜棒沿导线流向正极银棒，
故答案为：铜棒不断溶解；有固体析出；铜棒；银棒；
（3）同一反应中同一时间段内各物质的反应速率之比等于计量数之比，由方程式2Ag+（aq）+Cu（s）═Cu2+（aq）+2Ag（s）得，铜离子的反应速率是银离子反应速率的
（4）原电池的形成条件为：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应．该反应不是自发进行的化学反应，所以不能设计为原电池，故答案为：不能，该反应不能自发进行．
解析
解：（1）根据反应“2Ag+（aq）+Cu（s）═Cu2+（aq）+2Ag（s）”分析，在反应中，Cu被氧化，失电子生成铜离子，电极反应为应为Cu-2e-=Cu2+，所以铜为原电池的负极；则正极为活泼性较Cu弱的Ag，Ag+在正极上得电子被还原生成银单质，电极反应为Ag++e=Ag，电解质溶液为AgNO3 ，
故答案为：铜棒；Cu-2e-=Cu2+；银棒；Ag++e=Ag；AgNO3 溶液；
（2）铜为负极，负极上失电子生成铜离子进入溶液，所以看到的现象是铜棒不断溶解；正极上银离子得电子生成银单质，所以看到的现象是有固体析出；电子在正极上聚集，所以负极附近有大量的阳离子，溶液中的阴离子移向负极铜棒；外电路上，电子从负极铜棒沿导线流向正极银棒，
故答案为：铜棒不断溶解；有固体析出；铜棒；银棒；
（3）同一反应中同一时间段内各物质的反应速率之比等于计量数之比，由方程式2Ag+（aq）+Cu（s）═Cu2+（aq）+2Ag（s）得，铜离子的反应速率是银离子反应速率的
（4）原电池的形成条件为：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应．该反应不是自发进行的化学反应，所以不能设计为原电池，故答案为：不能，该反应不能自发进行．
（1）甲醇是一种可再生能源，工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）+2H2（g）
反应Ⅱ：CO2（g）+3H2（g）
反应Ⅲ：甲醇燃烧2CH3OH（g）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）
上述反应符合“原子经济”原则的是______（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
（2）依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置．
①该电池正极的电极反应为______．
②工作一段时间后，测验得溶液的pH减小，该电池总反应的
化学方式式为______．
（3）甲烷也是一种可再生的能源，如果用甲烷来制水煤气，反应方程式为：
CH4（g）+H2O（g）
△H═+206kJ/mol
在一体积恒定为1L的密闭器中用1mol甲烷和1mol水蒸气进行以上反应，测得甲烷的物质的量浓度随反应时间的变化如图所示．
①反应在0～5min这段时间共吸收的热量为______kJ；
②进行到5min时，反应达到平衡，这时平衡常数K的数值为______；
③进行到8min时，只改变了影响平衡的一个条件：水蒸气的浓度．10min达到新的平衡，这时c（H2O）=______mol/L．（小数点后面保留一位数）
正确答案
Ⅰ
O2+2H2O+4e-=4OH-
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
103
6.75
5.1
解析
解：（1）化合反应的原子利用率最高，为100%，故答案为：Ⅰ；
（2）甲醇燃烧的反应原理是：正极反应一定是氧气得电子的过程，在碱性环境下，得到氢氧根离子，即O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
②所有燃料电池的总反应是燃料的燃烧反应，溶液的pH减小，说明电解质氢氧化钾被消耗，即2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，故答案为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O；
（3）①0～5min这段时间所消耗的甲烷的浓度为0.5mol/L，根据热化学方程式CH4（g）+H2O（g）
②进行到5min钟时，甲烷的浓度为0.5mol/L，所以水蒸气以及一氧化碳的浓度为0.5mol/L，氢气的为1.5mol/L，据K=
③当反应进行到8min时，甲烷的浓度减小，所以是增加了水蒸气的量，设加入的水蒸气的量为x，则：
CH4（g）+H2O（g）
初始浓度：1 1 0 0
变化浓度：0.75 0.75 0.75 2.25
8min钟末浓度：0.25 1+x-0.75 0.75 2.25
则Qc=
解得x=4.8125，所以8min时c（H2O）=4.8125+0.25=5.0625≈5.1（mol/L）．
故答案为：5.1．
设计实验实现下列过程．
解题要求：画出装置图，指明装置中的各物质名称
（1）Cu+2AgNO3=2Ag+Cu（NO3）2 （2）2Ag+Cu（NO3）2=Cu+2AgNO3．
正确答案
解：（1）Cu+2AgNO3=2Ag+Cu（NO3）2，该反应中铜作还原剂，失电子变成铜离子进入溶液，发生氧化反应；不如负极活泼的金属或导电的非金属作正极，根据反应方程式可选银作正极，正极上银离子得电子生成银单质，发生还原反应；氧化剂溶液作电解质溶液，所以选硝酸银溶液作电解质溶液．
故答案为：
（2）2Ag+Cu（NO3）2=Cu+2AgNO3，该反应中铜比银活泼，但银置换出铜，所以不能设计成原电池，只能设计成电池．
该反应中银作还原剂，还原剂作阳极，所以铜作阳极；氧化产物金属单质作阴极，所以铜作阴极；氧化剂溶液作电解质溶液，该反应中硝酸铜作氧化剂，所以电解质溶液是硝酸铜溶液．
故答案为：
解析
解：（1）Cu+2AgNO3=2Ag+Cu（NO3）2，该反应中铜作还原剂，失电子变成铜离子进入溶液，发生氧化反应；不如负极活泼的金属或导电的非金属作正极，根据反应方程式可选银作正极，正极上银离子得电子生成银单质，发生还原反应；氧化剂溶液作电解质溶液，所以选硝酸银溶液作电解质溶液．
故答案为：
（2）2Ag+Cu（NO3）2=Cu+2AgNO3，该反应中铜比银活泼，但银置换出铜，所以不能设计成原电池，只能设计成电池．
该反应中银作还原剂，还原剂作阳极，所以铜作阳极；氧化产物金属单质作阴极，所以铜作阴极；氧化剂溶液作电解质溶液，该反应中硝酸铜作氧化剂，所以电解质溶液是硝酸铜溶液．
故答案为：
选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，完成下列反应：
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
（1）画出装置图：______
（2）电极材料和电解质溶液各是什么？______
（3）写出电极反应式：
正极：______；负极：______．
正确答案
负极：锌片，正极：铜片（或碳棒），电溶解质：CuSO4溶液（或CuCl2溶液）
Zn-2e-=Zn2+
Cu2+2e-=Cu
解析
解：（1）根据自发的氧化还原反应：金属锌失电子，为负极，正极可以用活泼性较差的金属铜，溶液中的铜离子得电子，必须用可溶的铜盐作电解质，结合原电池的构成条件，装置为：
（2）负极是失去电子的极，金属要比正极活泼，氧化还原反应中金属锌失电子，所以负极为锌片，正极可以是金属铜（或者碳棒），电解质溶液为可溶的铜盐，如氯化铜或硫酸铜等，故答案为：负极：锌片，正极：铜片（或碳棒），电溶解质：CuSO4溶液（或CuCl2溶液）；
（3）负极是负极是电极本身发生失电子的氧化反应，即Zn-2e-=Zn2+，正极是电解质中的阳离子发生得电子的还原反应，即Cu2+2e-=Cu，故答案为：Zn-2e-=Zn2+；Cu2+2e-=Cu．
光合作用是由二氧化碳与水合成葡萄糖，同时放出氧气．设想将该反应倒过来，可设计成一个原电池，产生电流，这样就将太阳能转变成了电能．
（1）写出该原电池的总反应式：______
（2）写出该电池在酸性介质中放电的电极反应式：
负极：______
正极：______．
正确答案
解：（1）该反应属于自发进行的氧化还原反应，所以能设计成原电池，反应物是葡萄糖和氧气，生成物是二氧化碳和水，则电池反应式为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，
故答案为：C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O；
（2）酸性介质中，负极上葡萄糖失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正极上氧气和氢离子反应生成水，电极反应式为6O2+24e-+24H+=12H2O，
故答案为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+； 6O2+24e-+24H+=12H2O．
解析
解：（1）该反应属于自发进行的氧化还原反应，所以能设计成原电池，反应物是葡萄糖和氧气，生成物是二氧化碳和水，则电池反应式为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O，
故答案为：C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O；
（2）酸性介质中，负极上葡萄糖失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正极上氧气和氢离子反应生成水，电极反应式为6O2+24e-+24H+=12H2O，
故答案为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+； 6O2+24e-+24H+=12H2O．
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