Question

5．原电池是化学对人类的一项重大贡献．
（1）某兴趣小组为研究原电池原理，设计如图1装置．
①a和b不连接时，烧杯中发生反应的离子方程式是Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑．
②a和b用导线连接，Zn极的电极反应式是Zn-2e^-=Zn²⁺．Cu极发生还原（填“氧化”或“还原”）反应．溶液中H⁺移向Cu（填“Cu”或“Zn”）极．若转移了0.2mol电子，则理论上Zn片质量减轻6.5g．
（2）如图2是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：
①电池正极的电极反应式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小（填“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）①a和b不连接时，该装置不构成原电池，锌和氢离子发生置换反应；
②a和b用导线连接，该装置构成原电池，锌失电子发生氧化反应而作负极，铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电解质溶液中阳离子向正极移动；
③根据锌与转移电子之间的关系式计算；
（2）①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，负极上是燃料发生失电子的氧化反应；
②根据电池反应式确定溶液pH变化．

解答 解：（1）①a和b不连接时，该装置不构成原电池，锌和氢离子发生置换反应，离子反应方程式为：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，
故答案为：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；
②a和b用导线连接，该装置构成原电池，铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，锌失电子发生氧化反应而作负极，电极反应式为Zn-2e^-=Zn²⁺；放电时，电解质溶液中氢离子向正极铜电极移动，
故答案为：Zn-2e^-=Zn²⁺；还原；Cu；
③锌片减少的质量=$\frac{0.2mol}{2}$×65g/mol=6.5g，
故答案为：6.5；
（2）①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极a为原电池的负极，该极上是燃料发生失电子的氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极，发生得电子的还原反应，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，溶液中氢氧根离子被消耗，导致溶液的pH减小，
故答案为：减小．

点评 本题综合考查了原电池的内容，涉及电极判断与电极反应式书写等问题，做题时注意从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写，本题中难点和易错点为电极方程式的书写，题目难度中等．