Question

4．電化學原理在防止金屬腐蝕、能量轉換、物質合成等方面應用廣泛．

（1）圖1中，為了減緩海水對鋼閘門A的腐蝕，材料B可以選擇b（填字母序號）
a．碳棒           b．鋅板        c．銅板
用電化學原理解釋材料B需定期拆換的原因鋅等做原電池的負極，電極反應式為Zn-2e^-═Zn²⁺，不斷遭受腐蝕，需定期拆換：
（2）鎂燃料電池在可移動電子設備電源和備用電源等方面應用前景廣闊．圖2為“鎂-次氯酸鹽”燃料電池原理示意圖，電極為鎂合金和鉑合金．
①E為該燃料電池的負極（填“正”或“負”）．F電極上的電極反應式為ClO^-+2e^-+H₂O═Cl^-+2OH^-．
②鎂燃料電池負極容易發(fā)生自腐蝕產(chǎn)生氫氣，使負極利用率降低，用化學用語解釋其原因Mg+2H₂O═Mg（OH）₂+H₂↑．
（3）乙醛酸（HOOC-CHO）是有機合成的重要中間體．工業(yè)上用“雙極室成對電解法”生產(chǎn)乙醛酸，原理如圖3所示，該裝置中陰、陽兩極為惰性電極，兩極室均可產(chǎn)生乙醛酸，其中乙二醛與M電極的產(chǎn)物反應生成乙醛酸．
①N電極上的電極反應式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O．
②若有2molH⁺通過質子交換膜，并完全參與了反應，則該裝置中生成的乙醛酸為2mol．

Answer 1

分析 （1）形成原電池時，F(xiàn)e作正極被保護；活潑性比Fe強的金屬作負極，被腐蝕；
（2）①原電池中，負極上失電子發(fā)生氧化反應，化合價升高，正極上得電子發(fā)生還原反應，化合價降低，據(jù)此判斷正負極；
②鎂能和熱水反應生成氫氧化鎂和氫氣；
（3）①根據(jù)圖知，M電極上有氯氣生成，說明M電極上氯離子放電生成氯氣，則M為陽極、N為陰極，N電極上乙二酸得電子和氫離子反應生成乙醛酸；
②若有2molH⁺通過質子交換膜，并完全參與了反應，根據(jù)HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O知右邊裝置有1mol乙醛酸生成，M電極附近發(fā)生的反應方程式為Cl₂+OHC-CHO+H₂O═HOOC-CHO+2HCl，據(jù)此計算該裝置生成乙醛酸的物質的量．

解答 解：（1）該裝置形成原電池，F(xiàn)e作負極被保護，所以應該連接比Fe活潑的金屬，故鋅板；
該裝置中Zn作負極、Fe作正極，負極上發(fā)生反應為Zn-2e^-═Zn ²⁺，導致鋅板不斷被腐蝕而需要定期拆換，
故答案為：b；鋅等做原電池的負極，電極反應式為Zn-2e^-═Zn²⁺，不斷遭受腐蝕，需定期拆換；
（2）①電池中，負極上失電子發(fā)生氧化反應，化合價升高，正極上得電子發(fā)生還原反應，化合價降低，根據(jù)圖知，Mg元素化合價由0價變?yōu)?2價、Cl元素化合價由+1價變?yōu)?1價，所以E是負極、F是正極，正極上次氯酸根離子得電子和水反應生成氯離子和氫氧根離子，離子方程式為ClO^-+2e^-+H₂O═Cl^-+2OH^-，故答案為：負；ClO^-+2e^-+H₂O═Cl^-+2OH^-；
②鎂能和熱水反應生成氫氧化鎂和氫氣而導致負極利用率降低，反應方程式為Mg+2H₂O═Mg（OH）₂+H₂↑，故答案為：Mg+2H₂O═Mg（OH）₂+H₂↑；
（3）①根據(jù)圖知，M電極上有氯氣生成，說明M電極上氯離子放電生成氯氣，則M為陽極、N為陰極，N電極上乙二酸得電子和氫離子反應生成乙醛酸，電極反應式為HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O，故答案為：HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O；
②若有2molH⁺通過質子交換膜，并完全參與了反應，根據(jù)HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O知右邊裝置有1mol乙醛酸生成，M電極附近發(fā)生的反應方程式為Cl₂+OHC-CHO+H₂O═HOOC-CHO+2HCl，有2mol氫離子生成時同時生成乙醛酸1mol，所以若有2molH⁺通過質子交換膜，并完全參與了反應，則該裝置中生成的乙醛酸為2mol，故答案為：2．

點評 本題考查化學電源新型電池，涉及電極反應式的書寫、物質的量有關計算、金屬腐蝕與防護等知識點，明確原電池原理是解本題關鍵，難點是電極反應式的書寫，注意（3）題M、N都生成乙醛酸，為易錯點．