Question

【題目】Ⅰ.能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備氯氣是將電能轉(zhuǎn)化為化學能，而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)，F(xiàn)eSO4 (aq)，CuSO4 (aq)；銅片，鐵片，鋅片和導線

（1）完成原電池甲的裝置示意圖，并作相應的標注。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，硫酸銅溶液為電解質(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________________

（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____________，其原因是_________________________

（4）根據(jù)犧牲陽極的陰極保護法原理，為了減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕，在上述的材料中應選__________作陽極。

Ⅱ. CO與H2反應還可制備C2H5OH，C2H5OH可作為燃料使用，用C2H5OH和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

電池總反應為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，則d電極是________(填“正極”或“負極”)，c電極的反應方程式為_______________________________。若線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子，則上述燃料電池，消耗的O2在標況下的體積為______ L。

Answer 1

【答案】 有紅色固體生成，負極被腐蝕 甲 電池乙負極可與CuSO4溶液直接發(fā)生反應，導致部分化學能轉(zhuǎn)化為熱能；電池甲的負極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應，化學能在轉(zhuǎn)化為電能時損耗較小 鋅片 正極 C2H5OH +3H2O-12e- =2CO2 +12H+ 11.2

【解析】(1)①根據(jù)題給條件和原電池的構(gòu)成條件可得：a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負極，Cu作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)組成原電池，Fe作負極，Cu作正極，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。c．若用Zn、Fe、FeSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負極，Fe作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Fe插入到FeSO4(aq)中。

（2）由于金屬活動性Zn＞Fe＞Cu，鋅片或鐵片作負極，由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸，工作一段時間后，負極逐漸溶解，表面有紅色固體析出。

（3）帶有鹽橋的甲原電池中負極沒有和CuSO4溶液直接接觸，二者不會直接發(fā)生置換反應，化學能不會轉(zhuǎn)化為熱能，幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能；而原電池乙中的負極與CuSO4溶液直接接觸，兩者會發(fā)生置換反應，部分化學能轉(zhuǎn)化為熱能，化學能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能。

（4）由犧牲陽極的陰極保護法可得，鐵片作正極(陰極)時被保護，作負極(陽極)時被腐蝕，所以應選擇比鐵片更活潑的鋅作負極(陽極)才能有效地保護鐵不被腐蝕。

Ⅱ.由圖可知，d電極是電子流入的電極，所以是電池的正極。電池的正極反應一定為O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O，用總反應減去正極反應（計算時將正極擴大3倍）得到負極反應為：C2H5OH +3H2O-12e- =2CO2 +12H+。