Question

6．（1）原電池可將化學能轉(zhuǎn)化為電能．設(shè)計兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率．限選材料：ZnSO₄（aq），CuSO₄（aq）；銅片，鋅片和導(dǎo)線．
①完成原電池甲的裝置示意圖（如圖），并作相應(yīng)標注．要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素．
②以銅片為電極之一，CuSO₄（aq）為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極電極逐漸溶解．
③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的是甲，其原因是在甲裝置中，負極不和Cu²⁺接觸，避免了Cu²⁺直接與負極發(fā)生反應(yīng)而使化學能轉(zhuǎn)化為熱能．
④鹽橋中向CuSO₄溶液中遷移的離子是A（填序號）
A．K⁺      B．NO₃^-    C．Ag⁺      D．SO₄^2-
（2）電解原理在化學工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用．現(xiàn)將你設(shè)計的原電池通過導(dǎo)線與圖2中電解池相連，其中，a為電解液，X和Y是兩塊電極板，則：
①若X和Y均為惰性電極，a為CuSO₄溶液，則電解時的化學反應(yīng)方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．通過一段時間后，向所得溶液中加入0.2molCuO粉末，恰好恢復(fù)電解前的濃度和pH，則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.4mol．
②若X、Y分別為鐵和銅，a仍為CuSO₄溶液，則Y極的電極反應(yīng)式為Cu-2e^-=Cu²⁺．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)原電池原理和鹽橋的作用，在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素，設(shè)計不同的電極為銅和鋅，電解質(zhì)溶液為硫酸銅和硫酸鋅溶液；
②以銅片為電極之一，CuSO₄（aq）為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，則另一電極應(yīng)比銅活潑做負極；
③從電硫穩(wěn)定，能量轉(zhuǎn)化徹底，反應(yīng)速率快等分析判斷；
④鹽橋中陽離子向正極遷移；
（2）①若電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，據(jù)此寫出電池反應(yīng)式，依據(jù)電極反應(yīng)寫出電解池中的化學方程式；根據(jù)銅和轉(zhuǎn)移電子正極的關(guān)系式計算；
②若X、Y依次為銅和鐵，a仍為CuSO₄溶液，判斷，X陰極，Y為陽極，陽極Cu失電子生成銅離子．

解答 解：（1）①在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素，如圖示設(shè)計原電池，鋅做負極，銅做正極，原電池的甲裝置示意圖為：，故答案為：；
②以銅片為電極之一，CuSO_4（aq）為電解質(zhì)溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，依據(jù)原電池反應(yīng)的原理，需要選用比銅活潑的鋅做負極，下層原電池，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn-2e^-=Zn²⁺，鋅溶解，故答案為：電極逐漸溶解；
③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉(zhuǎn)化為電能的是甲，因為甲可以保持電流穩(wěn)定，化學能基本都轉(zhuǎn)化為電能．而乙中的活潑金屬還可以與CuSO₄溶液發(fā)生置換反應(yīng)，部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，
故答案為：甲；甲可以保持電流穩(wěn)定，化學能基本都轉(zhuǎn)化為電能．而乙中的活潑金屬還可以與CuSO₄溶液發(fā)生置換反應(yīng)，部分能量轉(zhuǎn)化為熱能；
④鹽橋中陽離子向正極遷移，陰離子向負極遷移，所以鹽橋中向CuSO₄溶液中遷移的離子是鉀離子，故選A；
（2）①電解硫酸銅溶液時，陽極上生成氧氣，陰極上生成銅，同時溶液中生成硫酸，所以，陽極電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=H₂O+O₂↑，電池反應(yīng)式為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，根據(jù)銅原子守恒知，氧化銅和銅的比是1：1，所以0.2molCuO能生成0.2mol銅，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.2mol×2=0.4mol，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.4mol；
②若X、Y依次為鐵和銅，a仍為CuSO₄溶液，判斷X陰極，Y為陽極，陽極銅失電子生成銅離子，Y極電極反應(yīng)為Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺．

點評 本題考查原電池知識，涉及構(gòu)成原電池的條件和電極反應(yīng)書寫、電解池的有關(guān)電極反應(yīng)書寫，電解精煉，電鍍等電解原理的應(yīng)用等知識點，只有明確陰陽極上析出的物質(zhì)才能正確解答，題目貼近高考，難度中等．