题目内容
【题目】原电池可将化学能转化为电能.设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率.限选材料:ZnSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,锌片和导线.
(1)①完成原电池甲的装置示意图(如图),并作相应标注.要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素.
②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极 .
③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 , 其原因是 .
④盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是(填序号)
A.K+ B.NO3﹣ C.Ag+ D.SO42﹣
(2)电解原理在化学工业中有着广泛的应用.现将你设计的原电池通过导线与图2中电解池相连,其中,a为电解液,X和Y是两块电极板,则: ①若X和Y均为惰性电极,a为CuSO4溶液,则电解时的化学反应方程式为 . 通过一段时间后,向所得溶液中加入0.2molCuO粉末,恰好恢复电解前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子的物质的量为 .
②若X、Y分别为铁和铜,a仍为CuSO4溶液,则Y极的电极反应式为 .
【答案】
(1) ;电极逐渐溶解;甲;在甲装置中,负极不和Cu2+接触,避免了Cu2+直接与负极发生反应而使化学能转化为热能; A
(2)2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4;0.4mol; Cu﹣2e﹣=Cu2+
【解析】解:(1)①在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素,如图示设计原电池,锌做负极,铜做正极,原电池的甲装置示意图为: ,所以答案是:
;
②以铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,依据原电池反应的原理,需要选用比铜活泼的锌做负极,下层原电池,负极发生氧化反应,Zn﹣2e﹣=Zn2+,锌溶解,所以答案是:电极逐渐溶解;
③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是甲,因为甲可以保持电流稳定,化学能基本都转化为电能.而乙中的活泼金属还可以与CuSO4溶液发生置换反应,部分能量转化为热能,
所以答案是:甲;甲可以保持电流稳定,化学能基本都转化为电能.而乙中的活泼金属还可以与CuSO4溶液发生置换反应,部分能量转化为热能;
④盐桥中阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,所以盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是钾离子,故选A;(2)①电解硫酸铜溶液时,阳极上生成氧气,阴极上生成铜,同时溶液中生成硫酸,所以,阳极电极反应为:4OH﹣﹣4e﹣=H2O+O2↑,电池反应式为:2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,根据铜原子守恒知,氧化铜和铜的比是1:1,所以0.2molCuO能生成0.2mol铜,转移电子的物质的量=0.2mol×2=0.4mol,
所以答案是:2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4;0.4mol;
②若X、Y依次为铁和铜,a仍为CuSO4溶液,判断X阴极,Y为阳极,阳极铜失电子生成铜离子,Y极电极反应为Cu﹣2e﹣=Cu2+,
所以答案是:Cu﹣2e﹣=Cu2+.
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