Question

9．以下是電化學(xué)原理的應(yīng)用問題．
（1）由A、B、C、D四種金屬按下表裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

裝置
現(xiàn)象	金屬A不斷溶解	C極質(zhì)量增加	A上有氣體產(chǎn)生

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答問題：四種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是D＞A＞B＞C．
（2）氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置．如圖1為電池示意圖，請回答：
①氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化的主要形式是由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�，在�?dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)橛蒩到b（用a、b表示）．
②負(fù)極反應(yīng)式為2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O（或H₂+2OH^--2e^-=2H₂O）．
（3）如圖2中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極．通電一段時(shí)間后，在c、d兩極上共收集到336mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體．回答：
①直流電源中，M為正極．
②AgNO₃溶液的濃度（填“增大”“減小”或“不變”．下同）不變，H₂SO₄溶液的濃度增大．
③此時(shí)電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.02mol．

Answer 1

分析 （1）甲裝置中，金屬A不斷溶解說明A失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，B作正極；乙中C的質(zhì)量增加，說明C上銀離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則C作原電池正極，B作負(fù)極；丙裝置中A上有氣體產(chǎn)生，說明A上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則A作原電池正極，D作負(fù)極，作原電池負(fù)極的金屬活動(dòng)性大于作正極金屬；
（2）①原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，原電池放電時(shí)，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極；
②負(fù)極上燃料失電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子；
（3）通電一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)只有c、d兩極上有氣體產(chǎn)生，說明溶液中的銀離子在b電極上得電子，所以b電極是陰極，則a、c是陽極，d是陰極，M是原電池正極，N是負(fù)極，c極生成氧氣，d極生成氫氣．
①M(fèi)為電源的正極；
②左邊裝置中Ag作陽極、Pt作陰極，為電鍍池，陽極溶解Ag質(zhì)量等于陰極析出Ag質(zhì)量，相當(dāng)于電解質(zhì)溶液中硝酸銀沒有參加反應(yīng)；電解稀硫酸時(shí)，陽極上生成氧氣、陰極上生成氫氣，相當(dāng)于電解水，導(dǎo)致硫酸濃度增大；
③電解稀硫酸實(shí)質(zhì)是電解水，c、d兩極共收集到336mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），電池反應(yīng)式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，生成氫氣的體積占總體積的$\frac{2}{3}$，所以混合氣體中氫氣的體積是224mL，即0.01mol，根據(jù)2H⁺+2e^-═H₂↑計(jì)算轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量．

解答 解：（1）甲裝置中，金屬A不斷溶解說明A失電子發(fā)生氧化反應(yīng)而作負(fù)極，B作正極；乙中C的質(zhì)量增加，說明C上銀離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則C作原電池正極，B作負(fù)極；丙裝置中A上有氣體產(chǎn)生，說明A上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，則A作原電池正極，D作負(fù)極，作原電池負(fù)極的金屬活動(dòng)性大于作正極金屬，所以金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱順序是：D＞A＞B＞C，
故答案為：D＞A＞B＞C．
（2）①該裝置是把化學(xué)物質(zhì)中的能力轉(zhuǎn)化為電能，所以是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽辉谠�電池中，氫氣在�?fù)極上失電子，氧氣在正極上得電子，電子的流向是從負(fù)極流向正極，所以是由a到b，
故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�；由a到b；
②堿性環(huán)境中，該反應(yīng)中負(fù)極上氫氣失電子生成氫離子，電極反應(yīng)式為H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正極上氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故答案為：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O（或H₂+2OH^--2e^-=2H₂O）；
（3）①通電一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)只有c、d兩極上有氣體產(chǎn)生，說明溶液中的銀離子在b電極上得電子，所以b電極是陰極，則a、c是陽極，d是陰極，M是原電池正極，
故答案為：正；
②左邊裝置中Ag作陽極、Pt作陰極，為電鍍池，陽極溶解Ag質(zhì)量等于陰極析出Ag質(zhì)量，相當(dāng)于電解質(zhì)溶液中硝酸銀沒有參加反應(yīng)，所以硝酸銀溶液濃度不變；
電解稀硫酸時(shí)，陽極上生成氧氣、陰極上生成氫氣，相當(dāng)于電解水，硫酸的物質(zhì)的量不變，溶液體積減小，導(dǎo)致硫酸濃度增大，
故答案為：不變；增大；
③電解稀硫酸反應(yīng)時(shí)，當(dāng)通電一段時(shí)間后，c、d兩極共收集到336mL氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則陰極發(fā)生2H⁺+2e^-═H₂↑，陽極發(fā)生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，實(shí)際上電解的是水，電池反應(yīng)式為：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，根據(jù)方程式知，生成氫氣的體積占總體積的$\frac{2}{3}$，所以混合氣體中氫氣的體積是224mL，即0.01mol，根據(jù)2H⁺+2e^-═H₂↑知，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.02mol，
故答案為：0.02．

點(diǎn)評 本題考查原電池、電解池的工作原理，側(cè)重原電池正負(fù)極的判斷、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫、電解池陰陽極的判斷等，注意電鍍和電解精煉的區(qū)別，易錯(cuò)點(diǎn)是稀硫酸中硫酸物質(zhì)的量不變但溶液體積改變，難度中等．