Question

4．某研究性學(xué)習(xí)小組欲探究原電池的工作原理，按如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

序號	A	B	燒杯中的液體
1	Mg	Al	稀H2SO4
2	Pt	Pt	NaOH溶液
3	Pt	Pt	熔融的Na2CO3
4	Pb	PbO2	稀H2SO4

（1）第1組實(shí)驗(yàn)中的負(fù)極是Mg．正極的電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑．若將燒杯中的液體換為NaOH溶液，則負(fù)極為Al．該電極的電極反應(yīng)式為2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O．
（2）第2組實(shí)驗(yàn)中，向A、B極附近分別通入H₂和O₂，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．正極區(qū)溶液的PH值變大（填變大、減小或不變）．
（3）第3組實(shí)驗(yàn)中，向A極附近通入CO，向B極附近通入CO₂及O₂的混合氣體，則正極的電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（4）第4組實(shí)驗(yàn)中，總反應(yīng)方程式為Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．負(fù)極反應(yīng)式為Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，則正極的電極反應(yīng)式為PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O．該電池工作時(shí)，如果正極材料質(zhì)量增加96克，理論上在外電路通過得電子數(shù)目為3NA或1.806×10²⁴．

Answer 1

分析 （1）第1組實(shí)驗(yàn)中金屬鎂的活潑性強(qiáng)于金屬鋁，鎂可以和所以金屬鎂是負(fù)極，正極上是氫離子得電子的還原反應(yīng)，將燒杯中的液體換為NaOH溶液，金屬鎂和氫氧化鈉之間不反應(yīng)，所以金屬鎂是正極，金屬鋁是負(fù)極，在負(fù)極上是金屬鋁失電子的氧化反應(yīng)；
（2）第2組實(shí)驗(yàn)中，向A、B極附近分別通入H₂和O₂，則負(fù)極上是燃料氫氣失電子的氧化反應(yīng)，據(jù)電極反應(yīng)判斷；
（3）第3組實(shí)驗(yàn)中，向A極附近通入CO，向B極附近通入CO₂及O₂的混合氣體，構(gòu)成CO燃料電池，在正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)；
（4）原電池中正負(fù)極反應(yīng)之和即為總反應(yīng)，該電池工作時(shí)，消耗1mol硫酸根離子，正極上質(zhì)量增加64g，根據(jù)電極反應(yīng)計(jì)算．

解答 解：（1）金屬鎂的活潑性強(qiáng)于金屬鋁，鎂可以和所以金屬鎂是負(fù)極，正極上是氫離子得電子的還原反應(yīng)，將燒杯中的液體換為NaOH溶液，金屬鎂和氫氧化鈉之間不反應(yīng)，所以金屬鎂是正極，金屬鋁是負(fù)極，在負(fù)極上是金屬鋁失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O；
故答案為：Mg；2H⁺+2e^-=H₂↑；Al；2Al+8OH^--6e^-=2AlO₂^-+4H₂O；
（2）第2組實(shí)驗(yàn)中，向A、B極附近分別通入H₂和O₂，則負(fù)極上是燃料氫氣失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，即O₂+4e^-+2H₂O，4OH^-，所以該電極附近堿性增加，pH變大．故答案為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；變大；
（3）第3組實(shí)驗(yàn)中，向A極附近通入CO，向B極附近通入CO₂及O₂的混合氣體，構(gòu)成CO燃料電池，在正極上是氧氣得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（4）總反應(yīng)方程式為Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O．負(fù)極反應(yīng)式為Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，正負(fù)極反應(yīng)之和即為總反應(yīng)，則正極的電極反應(yīng)式為PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O；該電池工作時(shí)，消耗1mol硫酸根離子，正極上質(zhì)量增加64g，如果正極材料質(zhì)量增加96克，即消耗硫酸根離子是1.5mol，理論上在外電路通過得電子數(shù)目為3NA或1.806×10²⁴．故答案為：PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O；3NA或1.806×10²⁴．

點(diǎn)評 本題考查原電池原電池工作原理，題目難度中等，注意掌握原電池工作原理，明確盡管鎂比鋁活潑，但在堿性介質(zhì)中鋁為負(fù)極，為易錯點(diǎn)