全国版2022高考化学一轮复习专题十三原电池2练习含解析

学习 - 1 - / 19 专题十三 原电池 考点 1 原电池 1.[2021 某某某某一中模拟]SO2 可形成酸雨,是大气污染物,用如图所示装置既可以吸收工厂排 放的废气中的 SO2,又可以生成一定量的硫酸溶液,下列说法正确的是( ) A.a 极为正极,b 极为负极 B.生产过程中氢离子由右向左移动 C.从左下口流出的硫酸溶液的质量分数一定大于 50% D.负极反应式为 SO2+2H2O-2e- S O4 2 −+4H+ 2. [2020 某某某某部分学校质量监测]某碱性电池的总反应为 3H O2 - +2Al OH-+2Al O2 - +H2O ,工作原理如图所示。下列叙述错误的是( ) A.电子迁移方向: Al→用电器→Pt B.电池工作时,负极附近溶液 pH 减小 学习 - 2 - / 19 C.正极反应式为 H O2 - +3H+ + 2e- 2H2O D.负极会发生副反应: 2Al + 2OH-+2H2O 2Al O2 - + 3H2↑ 3.[2021 某某某某模拟]通过膜电池可除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚( ),其原理 如图所示,下列说法错误的是( ) A.该方法能够提供电能 B.b 极上的电势比 a 极上的电势低 C.a 极的电极反应为 +H++2e- Cl-+ D.电池工作时 H+通过质子交换膜由正极区向负极区移动 4.利用铜和石墨作电极,在盐酸介质中,铜与氢叠氮酸(HN3)构成原电池,总反应方程式为 2Cu+2Cl-+HN3+3H+ 2CuCl(s)+N2↑+N H4 + 。下列判断正确的是( ) A.电子从石墨电极流向铜电极 B.溶液中 Cl-向石墨电极移动 C.每转移 1 mol 电子,负极减重 64 g D.正极反应式为 HN3+2e-+3H+ N2↑+N H4 + 考点 2 常见的化学电源 学习 - 3 - / 19 5.可利用电化学原理处理含铬废水和含甲醇废水,装置如图所示。下列说法错误的是( ) A.a 极为该电池的负极 B.微生物能加快甲醇的反应速率 C.a 极的电极反应式为 CH3OH-6e-+8OH- C O3 2 −+6H2O D.放电过程中,b 极附近溶液 pH 升高 6.[新情境][2021 某某部分重点中学联考改编]我国科研人员研制出一种室温“可呼吸”Na-CO2 电池。放电时该电池“吸入”CO2,充电时“呼出”CO2。“吸入”CO2 时,其工作原理如图所 示。吸收的全部 CO2 中,有 2 3 转化为 Na2CO3 固体沉积在多壁碳纳米管(MWTs)电极表面。下列 说法正确的是( ) A.“吸入”CO2 时,钠箔为正极 B.“吸入”CO2 时的正极反应:4Na++3CO2+4e- 2Na2CO3+C C.“呼出”CO2 时,Na+向多壁碳纳米管电极移动 学习 - 4 - / 19 D.标准状况下,每“呼出”22.4 L CO2,转移电子 0.75 mol 7.[2020 某某重点中学第一次联考]一种新型锰氢二次电池原理如图所示。该电池以 MnSO4 溶液为电解液,碳纤维与 Pt/C 分别为电极材料,电池的总反应为 Mn2++2H2O MnO2+2H++H2↑。下列说法错误的是( ) A.充电时,碳纤维电极作阳极 B.放电时,电子由 Pt/C 电极经导线流向碳纤维电极 C.充电时,碳纤维电极附近溶液的 pH 增大 D.放电时,正极反应式为 MnO2+4H++2e- Mn2++2H2O 8.[新情境][2021 某某示 X 高中联考]一种适合在沙漠或偏远地区使用的锂尿电池装置 (NPGCo3O4 为纳米多孔金包裹 Co3O4)如图所示: 装置放电时,下列说法正确的是( ) A.Li+向负极区迁移 学习 - 5 - / 19 B.Li 板上的电势比 NPGCo3O4 上的低 C.有机电解质可用 LiCl 水溶液代替 D.NPGCo3O4 上的电极反应式为 CO(NH2)2+8OH--6e- C O3 2 −+N2↑+6H2O 一、选择题(每小题 6 分,共 60 分) 1.[2021 某某某某二中开学考试]如图所示为镍锌可充电电池放电时电极发生物质转化的示意 图。下列关于该电池说法正确的是( ) A.放电时溶液中的 K+移向负极 B.充电时阴极附近溶液的 pH 会降低 C.放电时正极反应为 H++NiOOH+e- Ni(OH)2 D.负极质量每减少 6.5 g,溶液质量增加 6.3 g 2.[2021 某某名校联考]以铜作催化剂的一种铝硫电池的示意图如图所示,电池放电时的反应原 理为 3CuxS+2Al+14AlC l4 - 3xCu+8Al2C l7 - +3S2-。下列说法错误的是( ) 学习 - 6 - / 19 A.充电时,Al2C l7 - 被还原 B.放电时,K+通过阳离子交换膜向 Cu/CuxS 电极移动 C.充电时,阳极的电极反应式为 xCu-2xe-+S2- CuxS D.放电时,负极的电极反应式为 Al+7AlC l4 - -3e- 4Al2C l7 - 3.[新情境][2021 某某某某调研]中国科学院成功开发出一种新型铝-石墨双离子电池,大幅度提 升了电池的能量密度。该电池结构如图所示,下列有关该电池的说法不正确的是( ) A.放电时,电子沿导线流向石墨电极 B.放电时,正极的电极反应式为 Al+Li++e- AlLi C.充电时,铝锂电极质量增加 D.充电时,P F6 - 向阳极移动 4.[2021 某某某某模拟改编]利用微生物燃料电池进行废水处理,可实现碳氮联合转化。某微生 物燃料电池的工作原理如图所示,其中 M、N 为厌氧微生物电极。下列有关叙述错误的是( ) 学习 - 7 - / 19 A.负极反应式为 CH3COO--8e-+2H2O 2CO2↑+7H+ B.电池工作时,H+由 M 极区移向 N 极区 C.相同条件下,M 极区生成的 CO2 与 N 极区生成的 N2 的体积之比为 3∶2 D.好氧微生物反应器中发生的反应的离子方程式为 N H4 + +2O2 N O3 - +2H++H2O 5.[2021 某某十校联考]氟离子电池是一种前景广阔的新型电池,如图所示是氟离子电池的工作 示意图,其中充电时 F-从乙电极移向甲电极。已知 BiF3 和 MgF2 均难溶于水。下列关于该电池 的说法正确的是( ) A.放电时,甲电极的电极反应式为 Bi-3e-+3F- BiF3 B.放电时,乙电极的电势比甲电极的电势高 C.充电时,导线上每通过 1 mol 电子时,甲电极质量增加 19 g D.充电时,外加电源的正极与乙电极相连 学习 - 8 - / 19 6.[新情境][2021 某某马某某联考]2019 年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重 要贡献的科学家。磷酸铁锂锂离子电池充电时阳极反应式为 LiFePO4-xLi+-xe- Li1-xFePO4。 放电工作示意图如图。下列叙述不正确的是( ) A.放电时,Li+通过隔膜移向正极 B.放电时,电子由铝箔沿导线流向铜箔 C.放电时正极反应为 Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4 D.磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过 Li+迁移实现,C、Fe、P 的化合价均不发生变化 7.[新角度]某同学做了如下实验: 装置 现象 电流计指针未发生 偏转 电流计指针发生偏转 下列说法正确的是( ) 学习 - 9 - / 19 A.加热铁片Ⅰ所在烧杯,电流计指针会发生偏转 B.用 KS 溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液,可判断电池的正、负极 C.铁片Ⅰ、Ⅲ的腐蚀速率相等 D.“电流计指针未发生偏转”说明铁片Ⅰ、Ⅱ均未被腐蚀 8.[2021 某某某某模拟]如图所示为一种利用原电池原理设计的测定 O2 含量的气体传感器示意 图,RbAg4I5 是只能传导 Ag+的固体电解质。O2 可以通过聚四氟乙烯膜与 AlI3 反应生成 Al2O3 和 I2,通过电池电位计的变化可以测得 O2 的含量。下列说法正确的是( ) A.正极反应为 3O2+12e-+4Al3+ 2Al2O3 B.气体传感器的总反应为 3O2+4AlI3+12Ag 2Al2O3+12AgI C.外电路转移 0.01 mol 电子时,消耗 O2 的体积为 0.56 L D.气体传感器充电时,Ag+向多孔石墨电极移动 9.[新角度∣双极膜]我国研究人员采用双极膜将酸性、碱性电解液隔离,实现了 MnO2/Mn2+和 Zn/Zn(OH )4 2 −的两个溶解/沉积反应,研制出了新型高比能液流电池,其放电过程原理如图所 示。下列说法错误的是( ) 学习 - 10 - / 19 A.放电过程的总反应为 Zn+MnO2+ 4OH-+4H+ Zn(OH )4 2 −+Mn2++2H2O B.放电过程中,当 1 mol Zn 参与反应时,理论上有 4 mol K+发生迁移 C.充电过程中,阴极的电极反应式为 Zn(OH )4 2 −+2e- Zn+4OH- D.充电过程中,右侧池中溶液 pH 逐渐减小 10.[新趋势|探究反应实质]某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2 O7 2 −>Fe3+,设计了盐 桥式的原电池,装置如图所示,盐桥中装有琼脂与饱和 K2SO4 溶液。下列叙述正确的是( ) A.甲烧杯中发生还原反应 B.乙烧杯中发生的电极反应为 2Cr3++7H2O-6e- Cr2 O7 2 −+14H+ C.外电路的电流方向是从 b 到 a D.电池工作时,盐桥中的 S O4 2 −移向乙烧杯 二、非选择题(共 25 分) 11.[2020 全国卷Ⅰ第 27 题变式][2021 某某某某摸底测试,10 分]为验证反应 Fe3++Ag Fe2++Ag+,利用如图所示电池装置进行实验。 学习 - 11 - / 19 (1)由 Fe2(SO4)3 固体配制 500 mL 0.1 mol·L-1 Fe2(SO4)3 溶液,需要的玻璃仪器有胶头滴管、量 筒、烧杯、(填名称);在烧杯中溶解固体时,先加入一定体积的稀溶液,搅拌后再加入一定体积的 水。 (2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极。可知,盐桥中的阳离子进入电极溶液中。 (3)根据(2)实验结果,可知石墨电极的电极反应式为,银电极的电极反应式为。因此,Fe3+氧化性 小于。 (4)电池装置中,盐桥连接两电极电解质溶液。如果盐桥中电解质为 KNO3,反应一段时间后,可以 观察到电流表指针反转,原因是。 12.[15 分]为实现废旧普通干电池中锌与 MnO2 的回收,某研究小组设计了如图 1 的工艺流程 和如图 2 的实验探究装置。 学习 - 12 - / 19 图 2 回答下列问题: (1)普通锌锰干电池放电时被还原的物质是,用离子方程式解释其被称为“酸性”电池的原因:。 (2)测得滤液中 c(ZnSO4)略大于 c(MnSO4),则稀硫酸酸浸时发生主要反应的化学方程式为,粉 碎的重要作用是。 (3)燃料电池的优点是,图 2 中甲烷燃料电池负极的电极反应为。 (4)闭合开关 K 一段时间后,石墨电极附近溶液的 pH(填“增大”“不变”或“减小”),电解池 中回收锌与 MnO2 的总反应的离子方程式为。 (5)若燃料电池中负极消耗 2.24 L(标准状况)CH4,且完全转化为电能,电解池中回收制得 19.5 g 单质 Zn,计算图 2 装置的电流效率η=。(η=生成目标产物消耗的电子数 转移的电子总数 ×100%) 答案 专题十三 原电池 1.D 由题图可知,此装置为原电池,且 a 极发生氧化反应为负极,b 极为正极,A 项错误。原电池 中阳离子移向正极,故氢离子由左向右移动,B 项错误。从左上口进入的水的量不确定,所以无法 判断从左下口流出的硫酸溶液的质量分数,C 项错误。负极反应式为 SO2+2H2O-2e- S O4 2 −+4H+,D 项正确。 2.C 由题图分析可知 Al 为负极,失电子,电子沿导线经过用电器到 Pt 电极,A 正确。电池工作 时,负极反应为 Al -3e-+ 4OH- Al O2 - +2H2O,消耗了电解质溶液中的 OH-,因此负极附近溶 学习 - 13 - / 19 液 pH 减小,B 正确。电解质溶液为碱性溶液,C 错误。Al 与 OH-接触会发生副反应: 2Al + 2OH-+2H2O 2Al O2 - + 3H2↑,D 正确。 3.D 题图为原电池装置,能提供电能, A 项正确。b 极为负极,a 极为正极,所以 b 极的电势比 a 极的低,B 项正确。a 极上对氯苯酚被还原为苯酚,C 项正确。电池工作时,负极(b 极)产生的 H+ 通过质子交换膜向正极(a 极)移动, D 项错误。 4.D 原电池工作时,电子从负极流出经导线流向正极,即电子从铜电极流向石墨电极,A 项错误; 原电池中阴离子向负极移动,即 Cl-向铜电极移动,B 项错误;根据总反应式可知负极反应式为 Cu-e-+Cl- CuCl(s),即每转移 1 mol 电子,负极质量增加 35.5 g,C 项错误;结合总反应式和负 极反应式可写出正极反应式 HN3+2e-+3H+ N2↑+N H4 + ,D 项正确。 5.C 处理含铬废水过程中 Cr2 O7 2 −转化为 Cr3+,则 b 极为该电池的正极,a 极为该电池的负极,A 项正确;在微生物作用下,甲醇的反应速率加快,B 项正确;a 极发生氧化反应,其电极反应式为 CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+,C 项错误;放电过程中,正极反应式为 Cr2 O7 2 −+6e-+14H+ 2Cr3++7H2O,消耗 H+,则 b 极附近溶液 pH 升高,D 项正确。 6.B “吸入”CO2 时是原电池装置,由题图分析可知,A 项错误,B 项正确;“呼出”CO2 时是电 解池装置,钠箔是阴极,多壁碳纳米管是阳极,在电解池内部,阳离子向阴极移动,故 Na+移向钠 箔,C 项错误;标准状况下每“呼出”22.4 L CO2,即 1 mol CO2 时,根据阳极的电极反应式 2Na2CO3+C-4e- 4Na++3CO2↑,可知转移电子 4 3 mol,D 项错误。 7.C 由题图知,充电时,碳纤维电极表面 Mn2+发生氧化反应生成 MnO2,则碳纤维电极作阳 极,A 项正确;放电时,碳纤维电极为正极,Pt/C 电极为负极,则电子由 Pt/C 电极经导线流向碳纤 维电极,B 项正确;结合电池总反应知,充电时,碳纤维电极发生的反应为 学习 - 14 - / 19 M n 2+ +2H2O-2e- MnO2 +4H+,则碳纤维电极附近溶液的 pH 减小,C 项错误;放电时,碳纤维 电极表面 MnO2 发生还原反应生成 Mn2+,电极反应式为 MnO2 +4H++ 2e- M n 2+ +2H2O,D 项正确。 8.B 根据题图对原电池进行如下分析: 电极 电极反应 负极(Li 板) Li-e- Li+ 正极 (NPGCo3O4) 2H2O+2e- H2↑+2OH- 原电池中,阳离子移向正极,故 Li+向正极区迁移,A 项错误;Li 板为负极,NPGCo3O4 为正极,负极 电势低于正极电势,B 项正确;Li 为活泼金属,能与水发生反应,故有机电解质不可用 LiCl 水溶液 代替,C 项错误;NPGCo3O4 为正极,发生还原反应,正极区电解液为 CO(NH2)2 水溶液,显弱碱性, 故正极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,D 项错误。 1.D 根据题图中电子的移动方向可知放电时,Zn 为负极,失去电子生成 Zn(OH )4 2 −,NiOOH 为 正极,得到电子生成 Ni(OH)2。由题图知原电池中阳离子向正极移动,A 项错误;充电时阴极发生 的电极反应是 Zn(OH )4 2 −+2e- Zn+4OH-,阴极附近溶液的 pH 升高,B 项错误;放电时正极上 NiOOH 得到电子生成 Ni(OH)2,由题图知电解质溶液显碱性,故正极反应为 学习 - 15 - / 19 NiOOH+e-+H2O Ni(OH)2+OH-,C 项错误;负极质量每减少 6.5 g,即 0.1 mol Zn 参加反应, 则转移 0.2 mol 电子,正极上 0.2 mol NiOOH 转化为 0.2 mol Ni(OH)2,质量增加 0.2 g,根据 质量守恒知,溶液质量增加 6.5 g-0.2 g=6.3 g,D 项正确。 2.C 由电池放电时的反应原理可知,放电时 Al 电极为负极,Cu/CuxS 电极为正极,结合题图对 充、放电时发生的电极反应进行如表所示分析: 电极 电极反应式 放电 (原电池) 负极(Al) Al+7AlC l4 - -3e- 4Al2C l7 - 正极(Cu/CuxS) CuxS+2e- xCu+S2- 充电 (电解池) 阴极(Al) 4Al2C l7 - +3e- Al+7AlC l4 - 阳极(Cu/CuxS) xCu-2e-+S2- CuxS 充电时,Al2C l7 - 得电子转化成 Al,被还原,A 项正确。放电时,Al 电极为负极,Cu/CuxS 电极为正极, 阳离子向正极移动,即 K+通过阳离子交换膜向 Cu/CuxS 电极移动,B 项正确。根据表中的分析 可知,C 项错误、D 项正确。 3.B 由电池总反应知,放电时铝锂电极作负极、石墨电极作正极,原电池中电子由负极沿导线流 向正极,即电子沿导线流向石墨电极,A 项正确;放电时,正极 Cx(PF6)得电子被还原,电极反应式为 Cx (PF6)+e- xC+P F6 - ,B 项错误;充电时,铝锂电极作阴极,发生得电子的还原反应,电极反应式 学习 - 16 - / 19 为 Al+Li++e- AlLi,所以铝锂电极质量增加,C 项正确;充电时,阴离子向阳极移动,即 P F6 - 向阳 极移动,D 项正确。 4.C 首先判断电极:根据题图可知,N 极 N O3 - 得电子生成氮气,发生还原反应,则 N 极为正极,M 极为负极。负极 CH3COO-失电子生成二氧化碳,发生氧化反应,电极反应式为 CH3COO--8e-+2H2O 2CO2↑+7H+,选项 A 正确;原电池工作时,阳离子向正极区移动,即 H+ 由 M 极区移向 N 极区,选项 B 正确;生成 1 mol CO2 转移 4 mol 电子,生成 1 mol N2 转移 10 mol 电子,根据得失电子守恒,M 极区生成的 CO2 与 N 极区生成的 N2 的物质的量之比为 5∶2, 相同条件下的体积之比为 5∶2,选项 C 错误;由题图可知,好氧微生物反应器中的进料为 N H4 + 、 O2,产物为 N O3 - ,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平该反应为 N H4 + +2O2 N O3 - +2H++H2O,选项 D 正确。 5.C 充电时 F-从乙电极移向甲电极,则甲电极是阳极,乙电极是阴极,放电时,甲电极是正极,乙 电极是负极。放电时,甲电极发生还原反应,电极反应式为 BiF3+3e- Bi+3F-,A 错误。放电时, 电流从电势高的正极流向电势低的负极,所以甲电极的电势比乙电极的电势高,B 错误。充电时, 甲电极的电极反应式为 Bi+3F--3e- BiF3,电极增加的质量是氟元素的质量,每转移 3 mol 电 子,甲电极质量增加 57 g,所以当导线上通过 1 mol 电子时,甲电极质量增加 19 g,C 正确。充电 时,乙电极是阴极,与外加电源的负极相连,D 错误。 6.D 原电池中阳离子移向正极,放电时,Li+通过隔膜移向正极,A 项正确;放电时 Li+右移,铝箔是 负极、铜箔是正极,电子由铝箔沿导线流向铜箔,B 项正确;根据充电时阳极反应式,可知放电时正 极反应为 Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4,C 项正确;磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过 Li+迁移实现,Li、Fe 的化合价发生变化, D 项错误。 学习 - 17 - / 19 7.A Fe 在 NaCl 溶液中发生吸氧腐蚀,加热铁片Ⅰ所在烧杯使铁片Ⅰ失电子的速率加快,导致 铁片Ⅰ失电子速率大于铁片Ⅱ失电子速率,会有电子通过电流计,电流计指针会发生偏转,A 正 确;题中右图装置中“电流计指针发生偏转”说明形成了原电池,左边烧杯中氯化钠溶液浓度较 大,腐蚀速率较快,铁片Ⅲ作负极,失电子生成亚铁离子,向其附近溶液中加 KS 溶液无现象,铁片 Ⅳ作正极被保护,向其附近溶液中加 KS 溶液也无现象,因此不能判断电池的正、负极,B 错误;题 中左图装置没有形成原电池,右图装置形成了原电池,形成原电池会加快反应速率,故铁片Ⅲ的 腐蚀速率比铁片Ⅰ的腐蚀速率快,C 错误; 铁片Ⅰ、Ⅱ都发生了吸氧腐蚀,但二者的腐蚀速率相 同,故“电流计指针未发生偏转”,D 错误。 8.B 由题意知,RbAg4I5 是只能传导 Ag+的固体电解质,所以 b 电极上 Ag 失电子生成 Ag+,Ag 电极作负极,多孔石墨电极为正极。因 O2 可以通过聚四氟乙烯膜与 AlI3 反应生成 Al2O3 和 I2, 则正极的放电物质应为 I2,其得电子转化为 I-,结合 RbAg4I5 固体电解质中的 Ag+生成 AgI,根据 原子守恒及电荷守恒配平得到的正极反应为 I2+2Ag++2e- 2AgI,选项 A 错误;负极反应为 Ag-e- Ag+,原电池总反应为 2Ag+I2 2AgI,结合正极区的转化反应 4AlI3+3O2 2Al2O3+6I2,可得该气体传感器的总反应为 3O2+4AlI3+12Ag 2Al2O3+12AgI,选项 B 正确;由得失电子守恒知当外电路转移 0.01 mol 电子时,消耗 0.002 5 mol O2,由于没有指明温度和压强,无法计算氧气的体积,选项 C 错误;气体 传感器充电时,Ag+向阴极移动,即向 Ag 电极移动,选项 D 错误。 9.B 由题图中电子的流向可知,Zn 电极为负极,惰性电极为正极,负极发生的反应为 Zn-2e-+4OH- Zn(OH )4 2 −,正极的电极反应式为 MnO2+2e-+4H+ Mn2++2H2O,则放电 过程的总反应为 Zn+MnO2+ 4OH-+4H+ Zn(OH )4 2 −+Mn2++2H2O,A 项正确。当 1 mol Zn 参与反应时,电路中有 2 mol 电子通过,则理论上有 2 mol K+发生迁移,B 项错误。充电过程 学习 - 18 - / 19 中阴极的电极反应式与放电过程中负极的电极反应式相反,结合 A 项分析可知,充电过程中,阴 极的电极反应式为 Zn(OH )4 2 −+2e- Zn+4OH-,C 项正确。充电过程中,惰性电极为阳极,发生 的反应为 Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+,有 H+生成,pH 逐渐减小,D 项正确。 10.C 甲烧杯中发生氧化反应,乙烧杯中发生还原反应,A 项错误;乙烧杯中 Cr2 O7 2 −发生还原反 应,电极反应式为Cr2 O7 2 −+14H++6e- 2Cr3++7H2O,B项错误;外电路中电流从正极流向负极, 即从 b 到 a,C 项正确;电池工作时,盐桥中的 S O4 2 −向负极移动,即移向甲烧杯,D 项错误。 11.(1)玻璃棒、500 mL 容量瓶(2 分) 硫酸(1 分) (2)银(2 分) (3)Fe2+-e- Fe3+(1 分) Ag++e- Ag(1 分) Ag+(1 分) (4)原电池反应使 c(Fe3+)增大,同时 N O3 - 进入石墨电极酸性 溶液中,氧化亚铁离子,c(Fe3+)又增大,致使平衡正向移动(2 分) 【解析】 (1)配制 500 mL 一定物质的量浓度的溶液需要的玻璃仪器有胶头滴管、量筒、烧 杯、玻璃棒、500 mL 容量瓶。Fe2(SO4)3 为强酸弱碱盐,在溶解固体时,应在烧杯中先加入一定 体积的稀硫酸,以防止 Fe3+水解。(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极,则银电极为正极。 由原电池的工作原理可知,阳离子向正极移动,即盐桥中的阳离子进入银电极溶液中。(3)石墨电 极为负极,电极反应式为 Fe2+-e- Fe3+。银电极为正极,电极反应式为 Ag++e- Ag。电池的 总反应为 Ag++Fe2+ Fe3++Ag,由此可知 Ag+的氧化性大于 Fe3+。(4)随着原电池反应 Ag++Fe2+ Fe3++Ag 的进行,溶液中 c(Fe3+)增大,当盐桥中电解质为 KNO3 时,N O3 - 进入石墨 电极酸性溶液中,氧化亚铁离子,c(Fe3+)又增大,致使 Fe3++Ag Ag++Fe2+平衡正向移动,故一 段时间后,可观察到电流表指针反转。 12.(1)MnO2(1 分) N H4 + +H2O NH3·H2O+H+(2 分) (2)Zn+MnO2+2H2SO4 ZnSO4+MnSO4+2H2O(2 分) 增大锌粉与二氧化锰粉末的接触 学习 - 19 - / 19 面积(1 分) (3)能量转换效率高、环境友好(2 分) CH4-8e-+10OH- C O3 2 −+7H2O(2 分) (4) 减小(1 分) Zn2++Mn2++2H2O Zn+MnO2+4H+(2 分) (5)75%(2 分) 【解析】 (1) 普通锌锰干电池的构造:外壳为锌筒,中间是石墨棒,其周围是由 MnO2 和 NH4Cl 等组成的糊状填充物,还原剂锌在负极失去电子被氧化,氧化剂 MnO2 在正极得到电子被还原, 电解质氯化铵水解(N H4 + +H2O NH3·H2O+H+)使电解液呈酸性。(2)“酸浸”时首先会想到 活泼金属锌与稀硫酸反应,Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑,结合“滤液”的溶质为 ZnSO4 和 MnSO4 可推知,在酸性溶液中强还原剂锌把强氧化剂 MnO2 还原为 Mn2+:Zn+MnO2+2H2SO4 ZnSO4+MnSO4+2H2O;进而由“滤液中 c(ZnSO4)略大于 c(MnSO4)”判断,粉碎的重要作用是增大锌粉与 MnO2 粉末的接触面积,使上述两个反应中的 第二个反应成为主要反应。(3)燃料电池的优点是能量转换效率高、环境友好。碱性燃料电池 中,甲烷的氧化产物为 C O3 2 −:CH4-8e-+10OH- C O3 2 −+7H2O。(4)铝电极与通甲烷的铂电极相 连,作电解池的阴极,电解时溶液中的锌离子在铝电极上得到电子被还原为单质 锌,Zn2++2e- Zn,石墨电极上 Mn2+失去电子被氧化为 MnO2,Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+,生成的氢离子使石墨电极附近溶液的 pH 减小。电解 池中的总反应为 Zn2++Mn2++2H2O Zn+MnO2+4H+。(5)燃料电池 中:n(CH4)= 2.24L 22.4L · mol -1 =0.1 mol,由负极反应知,消耗 0.1 mol 甲烷时转移 0.8 mol 电子。电解池 中:n(Zn)= 19.5g 65g · mol -1 =0.3 mol,由阴极反应知,生成 0.3 mol Zn 时消耗 0.6 mol 电子,故图 2 装置 的电流效率η= 0.6mol 0.8mol ×100%=75%。