Question

2．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol/L的硫酸溶液中，乙同学将电极放入6mol/L的NaOH溶液中，实验装置如图所示：
（1）写出甲中正极的电极反应式：2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）写出乙中负极的电极反应式：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O，
总反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．
（3）如果甲、乙两同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应该比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出Mg（填元素符号，下同）的活动性强，乙会判断出Al的活动性强．
（4）由此实验可知下列说法中正确的是ADE
A、利用原电池反应判断金属活动性顺序时，应注意介质的选择；
B、镁的金属性不一定比铝强；
C、该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值；
D、该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响大，应具体问题具体分析．
E、上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动性顺序表判断电池的正负极”的这种说法不可靠．
（5）将乙装置设计为甲烷燃料电池，两极改为惰性电极，则负极反应式为CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

Answer 1

分析 甲同学依据的化学反应原理是Mg+H₂SO₄=MgSO₄+H₂↑，乙同学依据的化学反应原理是2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．由于Al显两性，与酸碱都能发生反应，（1）甲中镁易失电子作负极、Al作正极，负极上镁发生氧化反应、正极上氢离子发生还原反应；
（2）乙池中铝易失电子作负极、镁作正极，负极上铝失电子发生氧化反应；
（3）根据作负极的金属活泼性强结合电池中的负极判断；
（4）A．原电池正负极与电解质溶液有关；
B．镁的金属性大于铝；
C．该实验证明说明电解质溶液性质选用选择合适的介质，不能说明金属活动性顺序过时；
D．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
E、上述实验说明，“直接利用金属活动性顺序表判断电池中的正负极”并不考可靠，最好是接一个电流计，通过观察电流方向判断原电池的正负极；
（5）甲烷燃料电池以NaOH溶液为电解质溶液时，负极上是甲烷发生失电子的氧化反应，又因为电解质是NaOH溶液，二氧化碳和氢氧化钾反应得到的是碳酸钾，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

解答 解：（1）甲中镁易失电子作负极、Al作正极，负极上镁发生氧化反应、正极上氢离子发生还原反应，负极反应为Mg-2e^-=Mg²⁺，正极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）乙池中铝易失电子作负极，负极上铝失电子发生氧化反应，电极反应式为：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O，镁作正极，正极发生还原反应，总反应为2Al+2OH^-+2H₂O=AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（3）甲中镁作负极、乙中铝作负极，根据作负极的金属活泼性强判断，甲中镁活动性强、乙中铝活动性强，
故答案为：Mg；Al；
（4）A．根据甲、乙中电极反应式知，原电池正负极与电解质溶液有关，故A正确；
B．镁的金属性大于铝，但失电子难易程度与电解质溶液有关，故B错误；
C．该实验说明电解质溶液性质影响电极的正负极，不能说明金属活动性顺序没有使用价值，故C错误；
D．该实验说明化学研究对象复杂，反应与条件有关，电极材料相同其反应条件不同导致其产物不同，所以应具体问题具体分析，故D正确；
E．上述实验说明，“直接利用金属活动性顺序表判断电池中的正负极”并不考可靠，最好是接一个电流计，通过观察电流方向判断原电池的正负极，故E正确；
故答案为：ADE；
（5）甲烷燃料电池以NaOH溶液为电解质溶液时，负极上是甲烷发生失电子的氧化反应，又因为电解质是NaOH溶液，二氧化碳和氢氧化钾反应得到的是碳酸钾，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．

点评 本题考查了探究原电池原理，题目难度中等，明确原电池中各个电极上发生的反应是解本题关键，注意不能根据金属的活动性强弱判断正负极，要根据失电子难易程度确定负极，为易错点．