Question

20．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）若乙装置设计为氢气燃料电池，两极改为惰性电极，则负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
若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）若乙装置设计为氢气燃料电池，两极改为惰性电极，电解质溶液为碱，故则负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；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）若乙装置设计为氢气燃料电池，两极改为惰性电极，电解质溶液为碱，故则负极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；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：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；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，注意电解质溶液是否参与反应，为易错点．