Question

11．某学生利用图1实验装置探究盐桥式原电池的工作原理图，按照要求依次回答下列问题：

（1）写出该氧化还原反应的离子方程式：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu
（2）装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K⁺、Cl^-的移动方向的表述正确的是B．
A．盐桥中的K⁺向左侧烧杯移动、Cl^-向右侧烧杯移动
B．盐桥中的K⁺向右侧烧杯移动、Cl^-向左侧烧杯移动
C．盐桥中的K⁺、Cl^-都向左侧烧杯移动
D．盐桥中的K⁺、Cl^-几乎都不移动
（3）已知该原电池装置在反应前两电极质量相等，一段时间后两极质量相差12.9g则导线中通过的电子数目为0.2N_A （用“N_A”表示）；
（4）有人以化学反应：2Zn+O₂+4H⁺=2Zn²⁺+2H₂O为基础设计一种原电池，移入人体内作为心脏起搏器的能源，它们靠人体内血液中溶有一定浓度的O₂、H⁺、Zn²⁺进行工作，则原电池的负极材料是锌，正极发生的电极反应为：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．
（5）用CH₄和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图3：①则d电极是正极（填“正极”或“负极”）C电极的反应方程式为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺
②若电路中转移4mol电子，则上述燃料电池消耗的O₂在标准状况下的体积为22.4L．
③电池工作一段时间后溶液的酸性减弱（填“增强”“减弱”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）该原电池反应的实质是Zn与铜离子的置换反应；
（2）根据正负极判断阴阳离子的移动方向；
（3）负极上锌失电子质量减小，正极上铜离子得电子生成Cu质量增大，根据转移电子数相同计算；
（4）根据电池反应式知，锌失电子发生氧化反应而作负极，氧气在正极得电子发生还原反应，根据电极反应式计算；
（5）①原电池中电子从负极经外电路流向正极，负极反应氧化反应，结合电解质书写电极反应式；
②根据关系式O₂～4e^-来计算；
③根据电池的总反应判断溶液酸性变化．

解答 解：（1）该原电池反应的实质是Zn与铜离子的置换反应，反应的离子方程式为：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
故答案为：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
（2）左侧烧杯中锌失电子变成锌离子，使得锌电极附近带正电荷，吸引阴离子向左侧烧杯移动，右侧烧杯中铜离子得到电子变成铜，使得铜电极附近带负电荷，吸引阳离子向右侧烧杯移动，故盐桥中的K⁺向右侧烧杯移动、Cl^-向左侧烧杯移动，
故答案为：B；
（3）设转移电子为xmol，则由正极反应式Cu²⁺+2e^-=Cu可知，生成0.5xmol铜，由负极反应式Zn-2e^-=Zn²⁺+可知，消耗Zn为0.5xmol，
则64×0.5x+65×0.5x=12.9，解得x=0.2，所以转移电子数为0.2N_A；
故答案为：0.2N_A；
（4）根据电池反应式知，锌失电子发生氧化反应，所以锌作负极，电极反应式为：2Zn-4e^-═2Zn²⁺，氧气在正极得电子发生还原反应，电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
故答案为：锌；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
（5）①因c是电子流出的一极，则c为负极，d为正极，甲烷具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO₂，电极反应式为：CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺，
故答案为：正极；CH₄-8e^-+2H₂O═CO₂+8H⁺；
②原电池中正极电极反应为2O₂+8H⁺+8e^-═4H₂O，当转移4mol电子时，则生成氧气物质的量为1mol，体积为1mol×22.4L/mol=22.4L；
故答案为：22.4；
③电池中发生的反应为CH₄和O₂反应生成二氧化碳和水，方程式为：CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，反应生成水，溶液的体积增大，氢离子浓度减小酸性减弱；
故答案为：减弱．

点评 本题考查原电池以及燃料电池的工作原理，注意电解质溶液的酸碱性不同，则电极反应不同，根据得失电子判断正负极，难点是电极反应式的书写，属于综合知识的考查，难度中等，侧重于考查学生对基础知识的应用能力．