Question

9．（1）已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液：CuCl₂溶液、Fe₂（SO₄）₃溶液、鹽酸．按要求回答下列問題：
①電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用．請用電化學知識說明原因形成原電池加速鋁導(dǎo)線的腐蝕．
②若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池？能（填“能”或“不能”），若能，請寫出電極反應(yīng)式，負極：Cu-2e^-=Cu²⁺；正極：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．
③若用石墨作電極，電解1L0.1mol/L鹽酸，當轉(zhuǎn)移0.5mol電子時，陽極得到氣體的體積（標況）為3.36L．
（2）被譽為改變未來世界的十大新科技之一的燃料電池具有無污染、無噪音、高效率的特點．如圖為氫氧燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極材料為疏松多孔石墨棒．當氧氣和氫氣分別連續(xù)不斷地從正、負兩極通入燃料電池時，便可在閉合回路中不斷地產(chǎn)生電流．試回答下列問題：
①寫出氫氧燃料電池工作時正極電極反應(yīng)方程式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②如果該氫氧燃料電池每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗標準狀況下氧氣0.56L．
③若將此燃料電池改進為直接以甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極反應(yīng)式為CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）①鋁和銅與合適的電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池；
②Cu、C和硫酸鐵溶液構(gòu)成原電池，銅易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負極，碳作正極，正極上鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③根據(jù)電解池的工作原理結(jié)合電極反應(yīng)和電子守恒來計算即可；
（2）①寫出氫氧燃料電池工作時正極是氧氣放電，生成氫氧根離子，正極電極反應(yīng)方程式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②消耗1mol的氧氣轉(zhuǎn)移，4mol電子，所以每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗氧氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.1}{4}$mol=0.025mol；
③甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下，甲烷燃燒生成碳酸根離子．

解答 解：（1）①銅、鋁的金屬活潑性不同，遇到合適的電解質(zhì)溶液易構(gòu)成原電池，從而加快鋁的腐蝕，所以不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用，
故答案為：形成原電池加速鋁導(dǎo)線的腐蝕；
②銅、石墨的活潑性不同且都導(dǎo)電，銅和硫酸鐵能自發(fā)的進行氧化還原反應(yīng)，所以銅、石墨、硫酸鐵溶液能構(gòu)成原電池，銅易失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以銅作負極，石墨作正極，負極上的電極反應(yīng)式為：Cu-2e^-=Cu²⁺，正極上鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案為：能；負極：Cu-2e^-=Cu²⁺；正極：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；
③若用石墨作電極，電解1L0.1mol/L鹽酸，陽極上的反應(yīng)2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極上的電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，全部氯離子失電子總量是0.1mol生成氯氣是0.05mol，失去0.4mol電子得到氧氣的物質(zhì)的量是0.1mol，當轉(zhuǎn)移0.5mol電子時，陽極得到氣體是氯氣0.05mol，氧氣0.1mol，所以當轉(zhuǎn)移0.5mol電子時，陽極得到氣體的體積（標況）為0.15mol×22.4L/mol=3.36L，故答案為：3.36；
（2）①寫出氫氧燃料電池工作時正極是氧氣放電，生成氫氧根離子，正極電極反應(yīng)方程式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②消耗1mol的氧氣轉(zhuǎn)移，4mol電子，所以每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗氧氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.1}{4}$mol=0.025mol，所以體積為：0.025mol×22.4L/mol=0.56L，故答案為：0.56L；
③甲烷和氧氣為原料進行工作時，負極甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)，堿性條件下，甲烷燃燒生成碳酸根離子，其電極反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O；故答案為：CH₄+10OH^--8e^-═CO₃^2-+7H₂O．

點評 本題考查學生原電池和電解池的工作原理知識，注意知識的歸納和整理以及電池的設(shè)計原理，難度不大．