Question

3．人們應用原電池原理制作了多種電池，以滿足不同的需要．以下每小題中的電池廣泛使用于日常生活、生產和科學技術等方面，請根據題中提供的信息，填寫空格．
（1）蓄電池在放電時起原電池作用，在充電時起電解池的作用．鉛蓄電池在放電時發(fā)生的電池反應式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O．
負極反應式為Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄．
正極反應式為PbO₂+SO₄^2-+4H⁺+2e^-=PbSO₄+2H₂O．
（2）鐵、銅、鋁是生活中使用廣泛的金屬，FeCl₃溶液常用于腐蝕印刷電路銅板，其反應過程的離子方程式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，若將此反應設計成原電池，則負極所用電極材料為Cu，正極反應式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．
（3）將鋁片和銅片用導線相連，一組插入濃硝酸中，一組插入燒堿溶液中，分別形成了原電池，在這兩個原電池中，負極分別為B．
A．鋁片、銅片      B．銅片、鋁片      C．鋁片、鋁片    D．銅片、銅片
寫出插入燒堿溶液中形成原電池的負極反應式：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的供電裝置，如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：
①電池的負極是a（填“a”或“b”），該極的電極反應式是：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
②電池工作一段時間后電解質溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）依據鉛蓄電池的電池總反應式分析，放電時，Pb在負極失電子發(fā)生氧化反應，PbO₂在正極得到電子發(fā)生還原反應生成硫酸鉛；
（2）Fe³⁺有強氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子；根據電池反應式設計原電池，Cu失電子作負極，Fe³⁺在正極上得電子生成Fe²⁺；
（3）鋁片和銅片用導線相連，一組插入濃硝酸中，一組插入燒堿溶液中，分別形成了原電池，根據負極金屬單質上電子來判斷；堿性條件下，Al失電子生成偏鋁酸根離子；
（4）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負極，通入氧氣的一極為原電池的正極，負極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應；
②根據燃料電池的總反應方程式判斷pH的變化．

解答 解：（1）鉛蓄電池的電池總反應式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O，依據反應的總電池反應，反應中Pb元素化合價升高的在負極失電子發(fā)生氧化反應，其電極反應為：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄，PbO₂中元素化合價降低的是在正極得到電子發(fā)生還原反應生成硫酸鉛，電極反應為：PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O；
故答案為：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄；PbO₂+SO₄^2-+4H⁺+2e^-=PbSO₄+2H₂O；
（2）Fe³⁺有強氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子，自身被還原成 Fe²⁺，反應方程式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，設計成原電池時，Cu在負極上發(fā)生氧化反應，正極上三價鐵離子得電子發(fā)生還原反應，其正極上的電極反應式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；Cu；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；
（3）將鋁片和銅片用導線相連，一組插入濃硝酸中，鋁鈍化，所以Cu失電子作負極，一組插入燒堿溶液中，Cu與氫氧化鈉不反應，Al失電子作負極，
堿性條件下，Al失電子生成偏鋁酸根離子，其電極反應為：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案為：B；Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極a為原電池的負極，該極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：a；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
②在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，電池工作一段時間后，由于氫氧根離子被消耗，所以電解質溶液的pH會減小，
故答案為：減�。�

點評 本題綜合考查了原電池的內容，涉及電極判斷與電極反應式書寫等問題，做題時注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負極以及電極方程式的書寫，本題中難點和易錯點為電極方程式的書寫，題目難度中等．