Question

4．某研究性学习小组欲探究原电池的工作原理，按如图所示装置进行实验．

序号	A	B	烧杯中的液体
1	Mg	Al	稀H2SO4
2	Pt	Pt	NaOH溶液
3	Pt	Pt	熔融的Na2CO3
4	Pb	PbO2	稀H2SO4

（1）第1组实验中的负极是Mg．正极的电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑．若将烧杯中的液体换为NaOH溶液，则负极为Al．该电极的电极反应式为2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O．
（2）第2组实验中，向A、B极附近分别通入H₂和O₂，则负极的电极反应式为2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．正极区溶液的PH值变大（填变大、减小或不变）．
（3）第3组实验中，向A极附近通入CO，向B极附近通入CO₂及O₂的混合气体，则正极的电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（4）第4组实验中，总反应方程式为Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．负极反应式为Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，则正极的电极反应式为PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O．该电池工作时，如果正极材料质量增加96克，理论上在外电路通过得电子数目为3NA或1.806×10²⁴．

Answer 1

分析 （1）第1组实验中金属镁的活泼性强于金属铝，镁可以和所以金属镁是负极，正极上是氢离子得电子的还原反应，将烧杯中的液体换为NaOH溶液，金属镁和氢氧化钠之间不反应，所以金属镁是正极，金属铝是负极，在负极上是金属铝失电子的氧化反应；
（2）第2组实验中，向A、B极附近分别通入H₂和O₂，则负极上是燃料氢气失电子的氧化反应，据电极反应判断；
（3）第3组实验中，向A极附近通入CO，向B极附近通入CO₂及O₂的混合气体，构成CO燃料电池，在正极上是氧气得电子的还原反应；
（4）原电池中正负极反应之和即为总反应，该电池工作时，消耗1mol硫酸根离子，正极上质量增加64g，根据电极反应计算．

解答 解：（1）金属镁的活泼性强于金属铝，镁可以和所以金属镁是负极，正极上是氢离子得电子的还原反应，将烧杯中的液体换为NaOH溶液，金属镁和氢氧化钠之间不反应，所以金属镁是正极，金属铝是负极，在负极上是金属铝失电子的氧化反应，电极反应为：2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O；
故答案为：Mg；2H⁺+2e^-=H₂↑；Al；2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O；
（2）第2组实验中，向A、B极附近分别通入H₂和O₂，则负极上是燃料氢气失电子的氧化反应，电极反应式为：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；正极上是氧气得电子的还原反应，即O₂+4e^-+2H₂O，4OH^-，所以该电极附近碱性增加，pH变大．故答案为：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；变大；
（3）第3组实验中，向A极附近通入CO，向B极附近通入CO₂及O₂的混合气体，构成CO燃料电池，在正极上是氧气得电子的还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（4）总反应方程式为Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．负极反应式为Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，正负极反应之和即为总反应，则正极的电极反应式为PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O；该电池工作时，消耗1mol硫酸根离子，正极上质量增加64g，如果正极材料质量增加96克，即消耗硫酸根离子是1.5mol，理论上在外电路通过得电子数目为3NA或1.806×10²⁴．故答案为：PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O；3NA或1.806×10²⁴．

点评 本题考查原电池原电池工作原理，题目难度中等，注意掌握原电池工作原理，明确尽管镁比铝活泼，但在碱性介质中铝为负极，为易错点