Question

11．某學生利用圖1實驗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，對鹽橋中的K⁺、Cl^-的移動方向的表述正確的是B．
A．鹽橋中的K⁺向左側燒杯移動、Cl^-向右側燒杯移動
B．鹽橋中的K⁺向右側燒杯移動、Cl^-向左側燒杯移動
C．鹽橋中的K⁺、Cl^-都向左側燒杯移動
D．鹽橋中的K⁺、Cl^-幾乎都不移動
（3）已知該原電池裝置在反應前兩電極質量相等，一段時間后兩極質量相差12.9g則導線中通過的電子數(shù)目為0.2N_A （用“N_A”表示）；
（4）有人以化學反應：2Zn+O₂+4H⁺=2Zn²⁺+2H₂O為基礎設計一種原電池，移入人體內作為心臟起搏器的能源，它們靠人體內血液中溶有一定濃度的O₂、H⁺、Zn²⁺進行工作，則原電池的負極材料是鋅，正極發(fā)生的電極反應為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
（5）用CH₄和O₂組合形成的質子交換膜燃料電池的結構示意圖如圖3：①則d電極是正極（填“正極”或“負極”）C電極的反應方程式為：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺
②若電路中轉移4mol電子，則上述燃料電池消耗的O₂在標準狀況下的體積為22.4L．
③電池工作一段時間后溶液的酸性減弱（填“增強”“減弱”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）該原電池反應的實質是Zn與銅離子的置換反應；
（2）根據(jù)正負極判斷陰陽離子的移動方向；
（3）負極上鋅失電子質量減小，正極上銅離子得電子生成Cu質量增大，根據(jù)轉移電子數(shù)相同計算；
（4）根據(jù)電池反應式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應而作負極，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，根據(jù)電極反應式計算；
（5）①原電池中電子從負極經外電路流向正極，負極反應氧化反應，結合電解質書寫電極反應式；
②根據(jù)關系式O₂～4e^-來計算；
③根據(jù)電池的總反應判斷溶液酸性變化．

解答 解：（1）該原電池反應的實質是Zn與銅離子的置換反應，反應的離子方程式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
故答案為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
（2）左側燒杯中鋅失電子變成鋅離子，使得鋅電極附近帶正電荷，吸引陰離子向左側燒杯移動，右側燒杯中銅離子得到電子變成銅，使得銅電極附近帶負電荷，吸引陽離子向右側燒杯移動，故鹽橋中的K⁺向右側燒杯移動、Cl^-向左側燒杯移動，
故答案為：B；
（3）設轉移電子為xmol，則由正極反應式Cu²⁺+2e^-=Cu可知，生成0.5xmol銅，由負極反應式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，所以轉移電子數(shù)為0.2N_A；
故答案為：0.2N_A；
（4）根據(jù)電池反應式知，鋅失電子發(fā)生氧化反應，所以鋅作負極，電極反應式為：2Zn-4e^-═2Zn²⁺，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為：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為負極，d為正極，甲烷具有還原性，在負極上發(fā)生氧化反應生成CO₂，電極反應式為：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為2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O，當轉移4mol電子時，則生成氧氣物質的量為1mol，體積為1mol×22.4L/mol=22.4L；
故答案為：22.4；
③電池中發(fā)生的反應為CH₄和O₂反應生成二氧化碳和水，方程式為：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，反應生成水，溶液的體積增大，氫離子濃度減小酸性減弱；
故答案為：減弱．

點評 本題考查原電池以及燃料電池的工作原理，注意電解質溶液的酸堿性不同，則電極反應不同，根據(jù)得失電子判斷正負極，難點是電極反應式的書寫，屬于綜合知識的考查，難度中等，側重于考查學生對基礎知識的應用能力．