Question

4．某校化學(xué)興趣小組的同學(xué)為了探究原電池工作的原理，進(jìn)行了如下系列實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你一起參與實(shí)驗(yàn)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果后回答有關(guān)問(wèn)題：

（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�。畬�(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)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60%（指參加原電池反應(yīng)的鋅占反應(yīng)總量的百分?jǐn)?shù)）．
（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．解釋鋅失去的電子能不能持續(xù)通過(guò)導(dǎo)線流向銅極給Cu²⁺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．
（3）實(shí)驗(yàn)三中鹽橋中的K⁺流向CuSO₄溶液（填ZnSO₄或CuSO₄），如果Zn的消耗速率為1×10^-3 mol/s，則K⁺的遷移速率為2×10^-3mol/s．
（4）實(shí)驗(yàn)四中，調(diào)節(jié)低壓電源的電壓到6V，并把其正、負(fù)極分別與上圖裝置中的兩個(gè)碳電極相連接；接通電源，圖示中的“+”連接到電源的正極上，“-”連接到電源的負(fù)極上，電解氫氧化鉀溶液制取氫氣、氧氣，且制得的氫氣與氧氣的體積比為2：1，去掉電源，該裝置就成為一只氫氧燃料電池，用帶有一小燈泡的導(dǎo)線連接a、b，燈泡即可發(fā)亮．則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是BD．
A．在電解KOH溶液制備H₂和O₂時(shí)，KOH的作用是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，一段時(shí)間后其濃度增大
B．當(dāng)作為氫氧燃料電池時(shí)，c極發(fā)生氧化反應(yīng)，d極發(fā)生還原反應(yīng)
C．當(dāng)作為氫氧燃料電池時(shí)，電解質(zhì)溶液中的OH^-向著d極移動(dòng)
D．如將KOH溶液換成稀H₂SO₄，且作為氫氧燃料電池時(shí)，c極的電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．

Answer 1

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(méi)有形成閉合回路，即沒(méi)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）電解KOH溶液和電解硫酸溶液時(shí)，實(shí)際都是電解水，KOH溶液和硫酸溶液的濃度增大，陽(yáng)極c上氫氧根離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，陰極d上氫離子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，形成氫氧燃料電池時(shí)，c電極上氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，做正極，d電極上氫氣放出氧化反應(yīng)，做負(fù)極，據(jù)此分析．

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）=$\frac{3.84g}{64g/mol}$=0.06mol，該原電池的工作效率為：$\frac{0.06mol×65g/mol}{6.5g}$×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；
（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）電解KOH溶液和電解硫酸溶液時(shí)，實(shí)際都是電解水，KOH溶液和硫酸溶液的濃度增大，陽(yáng)極a上氫氧根離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，陰極b上氫離子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，形成氫氧燃料電池時(shí)，a電極上氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，做正極，b電極上氫氣放出氧化反應(yīng)，做負(fù)極，
A、電解KOH溶液，實(shí)際是電解水，KOH溶液的濃度增大，pH增大，故A正確；
B、形成氫氧燃料電池時(shí)，c電極上氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，做正極，d電極上氫氣放出氧化反應(yīng)，做負(fù)極，故B錯(cuò)誤；
C、在燃料電池中，陰離子移向負(fù)極d，故C正確；
D、在酸性溶液中，氧氣放電變化生成水，故D錯(cuò)誤；
故選BD．

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．