Question

3．電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣的電池的發(fā)展是化學(xué)對人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)
（1）下列有關(guān)電池的敘述中正確的是C．
A．鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細(xì)
B．氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br />C．甲烷燃料電池工作時甲烷在負(fù)極被氧化
D．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅
（2）FeCl₃溶液常用于腐蝕印刷電路銅板，若將此反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，則負(fù)極所用電極材料為Cu，正極反應(yīng)式為2Fe³⁺+2 e^-=2Fe²⁺．
（3）將鐵片和銅片浸入硫酸銅溶液中組成原電池，兩電極間連接一個電流計(jì)．若開始該電池中兩電極的總質(zhì)量為200g，工作一段時間后，取出鐵片和銅片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量變?yōu)?08g，試計(jì)算：①溶解的鐵的質(zhì)量56g；②通過導(dǎo)線的電子數(shù)目2N_A．
（4）航天技術(shù)上使用的氫-氧燃料電池具有高能、輕便和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)．氫-氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時的電池總反應(yīng)式可表示為2H₂+O₂=2H₂O．酸式燃料電池的電解質(zhì)是酸，其負(fù)極反應(yīng)可表示為：2H₂-4e^-═4H⁺，則其正極反應(yīng)式可表示為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；放電一段時間后電解質(zhì)溶液的pH將變大（填“變大、變小、不變”）堿式氫-氧燃料電池中的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e-=4OH^-，則其負(fù)極反應(yīng)可表為：2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．

Answer 1

分析 （1）A．鋅錳干電池工作時碳棒不參與反應(yīng)；
B．燃料電池可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?br />C．氫氧燃料電池中，燃料在負(fù)極失電子；
D．太陽能電池的主要材料是硅；
（2）該電池反應(yīng)中，銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極；正極上鐵離子得電子；
（3）依據(jù)該電池中兩電極的總質(zhì)量為200g，工作一段時間后，鐵片和銅片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量變?yōu)?08g，分析判斷電極質(zhì)量增大為析出的Cu的質(zhì)量與溶解的Fe的質(zhì)量之差，依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算；
（4）根據(jù)反應(yīng)2H₂+O₂=2H₂O可知，反應(yīng)中氫氣失電子被氧化，應(yīng)在負(fù)極上的反應(yīng)，氧氣得電子被還原，應(yīng)在正極上的反應(yīng)，根據(jù)得失電子及反應(yīng)類型寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式，根據(jù)溶液中氫離子濃度的變化判斷溶液PH值的變化．

解答 解：（1）A．鋅錳干電池工作時碳棒不參與反應(yīng)，所以碳棒質(zhì)量不變，故A錯誤；
B．燃料電池反應(yīng)中沒有發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出的熱能很少，主要是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，故B錯誤；
C．氫氧燃料電池工作時，燃料在負(fù)極失電子被氧化，則甲烷燃料電池工作時甲烷在負(fù)極被氧化，故C正確；
D．太陽能電池的主要材料為硅，光導(dǎo)纖維的主要材料是二氧化硅，故D錯誤；
故答案為：C；
（2）該電池反應(yīng)中，銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極；正極上鐵離子得電子，則正極反應(yīng)式為：2Fe³⁺+2 e^-=2Fe²⁺；
故答案為：Cu；2Fe³⁺+2 e^-=2Fe²⁺；
（3）①依據(jù)該電池中兩電極的總質(zhì)量為200g，工作一段時間后，鐵片和銅片洗凈干燥后稱重，總質(zhì)量變?yōu)?08g，電極質(zhì)量增大為析出的Cu的質(zhì)量與溶解的Fe的質(zhì)量之差為8g，設(shè)轉(zhuǎn)移電子為xmol，
Fe發(fā)生的反應(yīng)：Fe-2e^-═Fe²⁺；Cu電極上的反應(yīng)Cu²⁺+2e^-═Cu，則n（Fe）=0.5xmol，n（Cu）=0.5xmol，所以64×0.5x-56×0.5x=8，解得x=2mol
所以m（Fe）=1mol×56g/mol=56g；
故答案為：56g；
②轉(zhuǎn)移電子為2mol，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2N_A；
故答案為：2N_A；
（4）酸式燃料電池的電解質(zhì)是酸，反應(yīng)中氫氣失電子被氧化，氫氣失電子生成氫離子，所以電極反應(yīng)式為2H₂-4e^-═4H⁺；氧氣得電子被還原，氧氣得電子和溶液中的氫離子生成水，所以電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成的水越來越多，溶質(zhì)硫酸的量不變，所以導(dǎo)致溶液的濃度降低，所以溶液的PH值增大；
堿式氫-氧燃料電池中的電解質(zhì)是堿，該反應(yīng)中氫氣失電子被氧化，氫氣失電子生成氫離子，氫離子和溶液中的氫氧根離子生成水，所以電極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O；
故答案為：2H₂-4e^-═4H⁺；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；變大；2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了原電池原理的分析判斷、電極反應(yīng)、電極名稱、電子守恒的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力，注意把握原電池中電極的判斷和電極方程式的書寫．