Question

11．某學(xué)生利用圖1實(shí)驗(yàn)裝置探究鹽橋式原電池的工作原理圖，按照要求依次回答下列問題：

（1）寫出該氧化還原反應(yīng)的離子方程式：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu
（2）裝置中鹽橋中除添加瓊脂外，還要添加KCl的飽和溶液，電池工作時(shí)，對(duì)鹽橋中的K⁺、Cl^-的移動(dòng)方向的表述正確的是B．
A．鹽橋中的K⁺向左側(cè)燒杯移動(dòng)、Cl^-向右側(cè)燒杯移動(dòng)
B．鹽橋中的K⁺向右側(cè)燒杯移動(dòng)、Cl^-向左側(cè)燒杯移動(dòng)
C．鹽橋中的K⁺、Cl^-都向左側(cè)燒杯移動(dòng)
D．鹽橋中的K⁺、Cl^-幾乎都不移動(dòng)
（3）已知該原電池裝置在反應(yīng)前兩電極質(zhì)量相等，一段時(shí)間后兩極質(zhì)量相差12.9g則導(dǎo)線中通過的電子數(shù)目為0.2N_A （用“N_A”表示）；
（4）有人以化學(xué)反應(yīng)：2Zn+O₂+4H⁺=2Zn²⁺+2H₂O為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一種原電池，移入人體內(nèi)作為心臟起搏器的能源，它們靠人體內(nèi)血液中溶有一定濃度的O₂、H⁺、Zn²⁺進(jìn)行工作，則原電池的負(fù)極材料是鋅，正極發(fā)生的電極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
（5）用CH₄和O₂組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3：①則d電極是正極（填“正極”或“負(fù)極”）C電極的反應(yīng)方程式為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺
②若電路中轉(zhuǎn)移4mol電子，則上述燃料電池消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為22.4L．
③電池工作一段時(shí)間后溶液的酸性減弱（填“增強(qiáng)”“減弱”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）該原電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是Zn與銅離子的置換反應(yīng)；
（2）根據(jù)正負(fù)極判斷陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向；
（3）負(fù)極上鋅失電子質(zhì)量減小，正極上銅離子得電子生成Cu質(zhì)量增大，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同計(jì)算；
（4）根據(jù)電池反應(yīng)式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)式計(jì)算；
（5）①原電池中電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，負(fù)極反應(yīng)氧化反應(yīng)，結(jié)合電解質(zhì)書寫電極反應(yīng)式；
②根據(jù)關(guān)系式O₂～4e^-來(lái)計(jì)算；
③根據(jù)電池的總反應(yīng)判斷溶液酸性變化．

解答 解：（1）該原電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是Zn與銅離子的置換反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
故答案為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
（2）左側(cè)燒杯中鋅失電子變成鋅離子，使得鋅電極附近帶正電荷，吸引陰離子向左側(cè)燒杯移動(dòng)，右側(cè)燒杯中銅離子得到電子變成銅，使得銅電極附近帶負(fù)電荷，吸引陽(yáng)離子向右側(cè)燒杯移動(dòng)，故鹽橋中的K⁺向右側(cè)燒杯移動(dòng)、Cl^-向左側(cè)燒杯移動(dòng)，
故答案為：B；
（3）設(shè)轉(zhuǎn)移電子為xmol，則由正極反應(yīng)式Cu²⁺+2e^-=Cu可知，生成0.5xmol銅，由負(fù)極反應(yīng)式Zn-2e^-=Zn²⁺+可知，消耗Zn為0.5xmol，
則64×0.5x+65×0.5x=12.9，解得x=0.2，所以轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.2N_A；
故答案為：0.2N_A；
（4）根據(jù)電池反應(yīng)式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鋅作負(fù)極，電極反應(yīng)式為：2Zn-4e^-═2Zn²⁺，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
故答案為：鋅；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
（5）①因c是電子流出的一極，則c為負(fù)極，d為正極，甲烷具有還原性，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO₂，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，
故答案為：正極；CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
②原電池中正極電極反應(yīng)為2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)，則生成氧氣物質(zhì)的量為1mol，體積為1mol×22.4L/mol=22.4L；
故答案為：22.4；
③電池中發(fā)生的反應(yīng)為CH₄和O₂反應(yīng)生成二氧化碳和水，方程式為：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，反應(yīng)生成水，溶液的體積增大，氫離子濃度減小酸性減弱；
故答案為：減弱．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池以及燃料電池的工作原理，注意電解質(zhì)溶液的酸堿性不同，則電極反應(yīng)不同，根據(jù)得失電子判斷正負(fù)極，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，屬于綜合知識(shí)的考查，難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用能力．