Question

13．化学与人类生产和生活中密切相关，掌握有关的化学基础知识可以改善我们的生活．
[I]日常生活中使用的各种电池就是利用化学反应将化学能转化为电能，各种各样的电池的发展是化学对人类的一项重大贡献．请回答下列有关化学电源的问题：
（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）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过．下列有关叙述正确的是CD．
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO₄^2-）减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．甲池中的阳离子向乙池移动，保持溶液中电荷平衡
（3）航天技术上使用的氢一氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点．氢一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都可表示为2H₂+O₂=2H₂O．酸式氢一氧燃料电池的电解质是酸，放电时其正极的电极反应可表示为O₂+4e^-+4H⁺=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”）．
[II]自来水厂生产自来水时，需要用到净水剂，对水进行消毒杀菌处理．
（4）漂白粉是常用的一种消毒剂，保存不当容易变质，有关化学方程式为Ca（ClO）₂+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2HClO，2HClO$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCl+O₂↑．漂白粉不能与家庭中常用的洁厕剂（一种酸性液体，主要含HCl）混合使用，否则容易造成人体中毒，其原因是（用有关的离子方程式表示）ClO^-+Cl^-+2H⁺=Cl₂↑+H₂O．
（5）高铁酸钾（K₂FeO₄）足一种新型多功能水处理剂．工业上有多种方法制备高铁酸钾，其中一种方法是在氢氧化钾溶液中用次氯酸钠氧化氢氧化铁．该反应的可用离子方程式表示为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=3Cl^-+2FeO₄^2-+5H₂O．
（6）用高铁酸钾和锌制成的高铁碱性电池，能储存比普通碱性电池多50%的电能，己知该电池的总反应为2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂，则负极的电极反应是Zn-2e^-+2OH^-=ZnO+H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）A．锌锰干电池碳棒不发生变化；    
B．氢氧燃料电池可将化学能直接转变为电能；
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硅；
（2）由图象可知，该原电池反应式为：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，Zn发生氧化反应，为负极，Cu电极上发生还原反应，为正极，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池溶液中硫酸根浓度不变，随反应进行，甲池中的Zn²⁺通过阳离子交换膜进入乙池，以保持溶液呈电中性，进入乙池的Zn²⁺与放电的Cu²⁺的物质的量相等，而Zn的摩尔质量大于Cu，故乙池溶液总质量增大；
（3）酸性氢氧燃料电池在正极上放电的是氧气，电极反应式：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；碱性氢氧燃料电池在负极放电的是氢气，负极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
Ⅱ（4）碳酸酸性比次氯酸强，二氧化碳与次氯酸钙反应生成碳酸钙和次氯酸；洁厕剂主要成分为盐酸，与次氯酸钙反应生成氯化钙和氯气；
（5）在氢氧化钾溶液中用次氯酸钠氧化氢氧化铁，生成高铁酸钾，结合质量守恒平衡；
（6）负极锌被氧化．

解答 解：Ⅰ（1）A．锌锰干电池碳棒不发生变化，起到导电作用，故A错误；    
B．氢氧燃料电池可将化学能直接转变为电能，故B错误；
C．甲烷燃料电池工作时甲烷在负极被氧化，氧气为正极，故C正确；
D．太阳能电池的主要材料是高纯度的硅，故D错误．
故答案为：C；
（2）A．由图象可知，该原电池反应式为：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，故A错误；
B．阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中c（SO₄^2-）不变，故B错误；
C．甲池中的Zn²⁺通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中发生反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，保持溶液呈电中性，进入乙池的Zn²⁺与放电的Cu²⁺的物质的量相等，而Zn的摩尔质量大于Cu，故乙池溶液总质量增大，故C正确；
D．甲池中的Zn²⁺通过阳离子交换膜进入乙池，以保持溶液电荷守恒，乙池消耗铜，溶液质量增大，故D正确，
故答案为：CD；
（3）氢氧燃料电池无论是酸性还是碱式性，其电池总反应均为：2H₂+O₂=2H₂O ①，酸性氢氧燃料电池负极电极反应式为：2H₂-4e^-=4H⁺②，用（①-②）即得酸性氢氧燃料电池的正极反应：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，溶液体积增大，氢离子浓度减小，pH增大，
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；变大；
Ⅱ（4）碳酸酸性比次氯酸强，二氧化碳与次氯酸钙反应生成碳酸钙和次氯酸，反应的离子方程式为Ca（ClO）₂+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2HClO，生成次氯酸不稳定，见光易分解，发生2HClO$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCl+O₂↑，洁厕剂主要成分为盐酸，与次氯酸钙反应生成氯化钙和氯气，反应的离子方程式为ClO^-+Cl^-+2H⁺=Cl₂↑+H₂O，
故答案为：Ca（ClO）₂+CO₂+H₂O=CaCO₃↓+2HClO，2HClO$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2HCl+O₂↑；ClO^-+Cl^-+2H⁺=Cl₂↑+H₂O；
（5）在氢氧化钾溶液中用次氯酸钠氧化氢氧化铁，生成高铁酸钾，反应的离子方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=3Cl^-+2FeO₄^2-+5H₂O，
故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=3Cl^-+2FeO₄^2-+5H₂O；
（6）由总方程式可知负极锌被氧化生成氧化锌，电极方程式为Zn-2e^-+2OH^-=ZnO+H₂O，
故答案为：Zn-2e^-+2OH^-=ZnO+H₂O．

点评 本题综合考查对电化学以及元素化合物知识，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力和元素化合物知识的理解和运用的考查，注意把握物质的性质和应用，注意相关基础知识的积累，把握原电池、电解池的工作原理，难度中等．