Question

4．請根據(jù)化學反應Fe+CuCl₂=FeCl₂+Cu設計一個原電池．限選材料CuCl₂（aq），F(xiàn)eCl₂ （aq），F(xiàn)eSO₄（aq），CuSO₄（aq）；銅片，鐵片，鋅片和導線．
（1）完成原電池甲的裝置示意圖（如圖），并作相應標注．
（2）寫出該原電池的電極反應式
負極：Fe-2e^-=Fe²⁺，正極：Cu²⁺+2e^-=Cu
（3）上述裝置實現(xiàn)了化學能轉變電能．
（4）為提高普通燃料燃燒的能量轉換效率，往往設計成燃料電池．請寫出甲烷堿性燃料電池電極反應方程式，負極：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）該反應中Fe元素化合價由0價變?yōu)?2價，Cu元素化合價由+2價變?yōu)?價，發(fā)生氧化反應的金屬Fe作負極，不如Fe活潑的金屬銅或導電的非金屬作正極，CuCl₂為電解質，有鹽橋的裝置要將負極鐵和參加反應的電解質分開，因此負極鐵插入氯化亞鐵溶液中，正極銅插入氯化銅溶液中，據(jù)此設計；
（2）該原電池負極鐵失電子發(fā)生氧化反應，正極是銅離子得電子發(fā)生氧化反應；
（3）原電池是將化學能轉化為電能的裝置；
（4）甲烷燃料電池中，負極上是甲烷發(fā)生失電子的氧化反應，正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應，又因為電解質是堿溶液，不會在電極上放出二氧化碳．

解答 解：（1）該反應中Fe元素化合價由0價變?yōu)?2價，Cu元素化合價由+2價變?yōu)?價，發(fā)生氧化反應的金屬Fe作負極，不如Fe活潑的金屬銅或導電的非金屬作正極，CuCl₂為電解質，有鹽橋的裝置要將負極鐵和參加反應的電解質分開，因此負極鐵插入氯化亞鐵溶液中，正極銅插入氯化銅溶液中，裝置圖為：，
故答案為：；
（2）該原電池負極鐵失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，正極是銅離子得電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）原電池是將化學能轉化為電能的裝置，
故答案為：化學；電；
（4）甲烷燃料電池以堿溶液為電解質溶液時，負極上是甲烷發(fā)生失電子的氧化反應，二氧化碳和堿反應得到的是碳酸鉀，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，正極是氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題考查了原電池設計，這是新課標要求學生需要掌握的內容，正確判斷原電池正負極材料、電解質溶液是設計原電池難點，一般來說，還原劑作負極，不如負極活潑的金屬或非金屬導體作正極，氧化劑的溶液作電解質溶液．