Question

5．原電池是化學(xué)對(duì)人類(lèi)的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)．
（1）某興趣小組為研究原電池原理，設(shè)計(jì)如圖1裝置．
①a和b不連接時(shí)，燒杯中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑．
②a和b用導(dǎo)線連接，Zn極的電極反應(yīng)式是Zn-2e^-=Zn²⁺．Cu極發(fā)生還原（填“氧化”或“還原”）反應(yīng)．溶液中H⁺移向Cu（填“Cu”或“Zn”）極．若轉(zhuǎn)移了0.2mol電子，則理論上Zn片質(zhì)量減輕6.5g．
（2）如圖2是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問(wèn)題：
①電池正極的電極反應(yīng)式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
②電池工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）①a和b不連接時(shí)，該裝置不構(gòu)成原電池，鋅和氫離子發(fā)生置換反應(yīng)；
②a和b用導(dǎo)線連接，該裝置構(gòu)成原電池，鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，銅作正極，正極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)；
③根據(jù)鋅與轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（2）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負(fù)極，通入氧氣的一極為原電池的正極，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
②根據(jù)電池反應(yīng)式確定溶液pH變化．

解答 解：（1）①a和b不連接時(shí)，該裝置不構(gòu)成原電池，鋅和氫離子發(fā)生置換反應(yīng)，離子反應(yīng)方程式為：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑，
故答案為：Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑；
②a和b用導(dǎo)線連接，該裝置構(gòu)成原電池，銅作正極，正極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn-2e^-=Zn²⁺；放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中氫離子向正極銅電極移動(dòng)，
故答案為：Zn-2e^-=Zn²⁺；還原；Cu；
③鋅片減少的質(zhì)量=$\frac{0.2mol}{2}$×65g/mol=6.5g，
故答案為：6.5；
（2）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極a為原電池的負(fù)極，該極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，通入氧氣的一極為原電池的正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，溶液中氫氧根離子被消耗，導(dǎo)致溶液的pH減小，
故答案為：減小．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了原電池的內(nèi)容，涉及電極判斷與電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)等問(wèn)題，做題時(shí)注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負(fù)極以及電極方程式的書(shū)寫(xiě)，本題中難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)為電極方程式的書(shū)寫(xiě)，題目難度中等．