Question

某校化學(xué)興趣小組為了探究原電池工作原理，進(jìn)行如下系列實(shí)驗(yàn)：

結(jié)果：
（1）實(shí)驗(yàn)一中銅片、鋅片表面均有紅色物質(zhì)析出，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，但較短時(shí)間內(nèi)電流即明顯減小．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測得鋅片減少了3.94g，銅片增重了3.84g，則該原電池的工作效率是（指參加原電池反應(yīng)的鋅占反應(yīng)總量的百分率）：

 

．
（2）實(shí)驗(yàn)二中剛將銅、鋅片插入溶液中時(shí)電流計(jì)指針有偏轉(zhuǎn)，但立即就歸零了．為什么鋅的電子不能持續(xù)通過導(dǎo)線流向銅極給Cu²⁺？

 

．
（3）實(shí)驗(yàn)三中鹽橋中K⁺流向

 

溶液（填ZnSO₄或CuSO₄），如果Zn的消耗速率為1×10^-3mol/s，則K⁺的遷移速率為

 

mol/s．
（4）實(shí)驗(yàn)四中電流計(jì)指針有偏轉(zhuǎn)，寫出銅極的電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究原電池及其工作原理

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,電化學(xué)專題

分析：（1）由于鋅片和銅片都有銅析出，需要利用差量法進(jìn)行計(jì)算反應(yīng)消耗的鋅的質(zhì)量，再根據(jù)銅片質(zhì)量增加的物質(zhì)的量計(jì)算出參加原電池反應(yīng)的鋅的物質(zhì)的量，最后計(jì)算出原電池工作效率；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)二的裝置中沒有形成閉合回路，即沒有構(gòu)成原電池分析；
（3）根據(jù)原電池工作中電流方向判斷，鉀離子與電流方向一致；根據(jù)電荷守恒判斷鉀離子流到速率；
（4）實(shí)驗(yàn)四中鋅為原電池負(fù)極，銅為正極，氧氣在正極得到電子生成氫氧根離子．

解答： 解：（1）銅片、鋅片表面均有紅色物質(zhì)銅析出，理解減小的質(zhì)量為：3.94g-3.84g=0.1g，
根據(jù)反應(yīng)關(guān)系式：Zn～Cu△m（減�。�
               65  64   1
              6.5g     0.1g
參加反應(yīng)的鋅的質(zhì)量為6.5g，
根據(jù)電子守恒，參加原電池反應(yīng)的鋅的物質(zhì)的量為n（Zn）=n（Cu）=

3.84g

64g/mol

=0.06mol，該原電池的工作效率為：

0.06mol×65g/mol

6.5g

×100%=60%，
故答案為：60%；
（2）由于鋅失電子則形成Zn²⁺進(jìn)入溶液顯正電性，Cu²⁺得電子則溶液顯負(fù)電性，這兩種因素均阻礙電子流向銅板，
故答案為：鋅失電子則形成Zn²⁺進(jìn)入溶液顯正電性，Cu²⁺得電子則溶液顯負(fù)電性，兩種因素均阻礙電子流向銅板（或類似合理答案）
（3）實(shí)驗(yàn)三中，銅為正極，鋅為負(fù)極，電流在外電路有銅流向鋅，溶液中電流由鋅流向銅，所以鉀離子流向硫酸銅溶液，氯離子流向硫酸鋅溶液；根據(jù)電荷守恒可知，如果Zn的消耗速率為1×10^-3mol/s，則鉀離子則K⁺的遷移速率為2×10^-3，
故答案為：CuSO₄；2×10^-3；
（4）實(shí)驗(yàn)四中，鋅為原電池的負(fù)極，失去電子生成鋅離子；而銅為原電池的正極，在正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子，正極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池的形成條件及工作原理，題目難度中等，注意明確原電池構(gòu)成條件：1．形成閉合回路；2．溶液中有自由移動(dòng)的離子；3．不同活潑性的電極．