Question

3．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样的电池的发展是化学对人类的一项重大贡献
（1）下列有关电池的叙述中正确的是C．
A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C．甲烷燃料电池工作时甲烷在负极被氧化
D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
（2）FeCl₃溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为Cu，正极反应式为2Fe³⁺+2 e^-=2Fe²⁺．
（3）将铁片和铜片浸入硫酸铜溶液中组成原电池，两电极间连接一个电流计．若开始该电池中两电极的总质量为200g，工作一段时间后，取出铁片和铜片洗净干燥后称重，总质量变为208g，试计算：①溶解的铁的质量56g；②通过导线的电子数目2N_A．
（4）航天技术上使用的氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点．氢-氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应式可表示为2H₂+O₂=2H₂O．酸式燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为：2H₂-4e^-═4H⁺，则其正极反应式可表示为：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；放电一段时间后电解质溶液的pH将变大（填“变大、变小、不变”）碱式氢-氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应式为：O₂+2H₂O+4e-=4OH^-，则其负极反应可表为：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．

Answer 1

分析 （1）A．锌锰干电池工作时碳棒不参与反应；
B．燃料电池可将化学能直接转变为电能；
C．氢氧燃料电池中，燃料在负极失电子；
D．太阳能电池的主要材料是硅；
（2）该电池反应中，铜失电子发生氧化反应，作负极；正极上铁离子得电子；
（3）依据该电池中两电极的总质量为200g，工作一段时间后，铁片和铜片洗净干燥后称重，总质量变为208g，分析判断电极质量增大为析出的Cu的质量与溶解的Fe的质量之差，依据电极反应和电子守恒计算；
（4）根据反应2H₂+O₂=2H₂O可知，反应中氢气失电子被氧化，应在负极上的反应，氧气得电子被还原，应在正极上的反应，根据得失电子及反应类型写出相应的电极反应式，根据溶液中氢离子浓度的变化判断溶液PH值的变化．

解答 解：（1）A．锌锰干电池工作时碳棒不参与反应，所以碳棒质量不变，故A错误；
B．燃料电池反应中没有发生燃烧反应，放出的热能很少，主要是把化学能直接转变为电能，故B错误；
C．氢氧燃料电池工作时，燃料在负极失电子被氧化，则甲烷燃料电池工作时甲烷在负极被氧化，故C正确；
D．太阳能电池的主要材料为硅，光导纤维的主要材料是二氧化硅，故D错误；
故答案为：C；
（2）该电池反应中，铜失电子发生氧化反应，作负极；正极上铁离子得电子，则正极反应式为：2Fe³⁺+2 e^-=2Fe²⁺；
故答案为：Cu；2Fe³⁺+2 e^-=2Fe²⁺；
（3）①依据该电池中两电极的总质量为200g，工作一段时间后，铁片和铜片洗净干燥后称重，总质量变为208g，电极质量增大为析出的Cu的质量与溶解的Fe的质量之差为8g，设转移电子为xmol，
Fe发生的反应：Fe-2e^-═Fe²⁺；Cu电极上的反应Cu²⁺+2e^-═Cu，则n（Fe）=0.5xmol，n（Cu）=0.5xmol，所以64×0.5x-56×0.5x=8，解得x=2mol
所以m（Fe）=1mol×56g/mol=56g；
故答案为：56g；
②转移电子为2mol，则转移电子数为2N_A；
故答案为：2N_A；
（4）酸式燃料电池的电解质是酸，反应中氢气失电子被氧化，氢气失电子生成氢离子，所以电极反应式为2H₂-4e^-═4H⁺；氧气得电子被还原，氧气得电子和溶液中的氢离子生成水，所以电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；随着反应的进行，生成的水越来越多，溶质硫酸的量不变，所以导致溶液的浓度降低，所以溶液的PH值增大；
碱式氢-氧燃料电池中的电解质是碱，该反应中氢气失电子被氧化，氢气失电子生成氢离子，氢离子和溶液中的氢氧根离子生成水，所以电极反应式为2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；
故答案为：2H₂-4e^-═4H⁺；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；变大；2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．

点评 本题考查了原电池原理的分析判断、电极反应、电极名称、电子守恒的计算应用，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力，注意把握原电池中电极的判断和电极方程式的书写．