Question

10．某�；瘜W(xué)興趣小組為了探究原電池工作原理和鋼鐵的腐蝕與防護(hù)，進(jìn)行如下系列實驗．

（1）在相同條件下，①②③組裝置中鐵電極腐蝕最快的是①（填裝置序號），該裝置中正極電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；為防止金屬Fe被腐蝕，可以采用上述③（填裝置序號）裝置原理進(jìn)行防護(hù)，該方法的名稱為外加電流陰極保護(hù)．
（2）裝置④中銅片、鋅片表面均有紅色物質(zhì)析出，電流計指針偏轉(zhuǎn)，但較短時間內(nèi)電流即明顯減�。畬嶒灲Y(jié)束時測得鋅片減少了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)總量的百分率）；裝置⑤中如果Zn的消耗速率為1×10^-3 mol/s，則K⁺的遷移速率為2×10^-3mol/s．
（3）新型固體LiFePo₄隔膜電池廣泛應(yīng)用于電動汽車．
電池反應(yīng)為FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$  LiFePO₄，電解質(zhì)為含Li⁺的導(dǎo)電固體，且充、放電時電池內(nèi)兩極間的隔膜只允許Li⁺自由通過而導(dǎo)電．該電池放電時Li⁺向正極移動（填“正”或“負(fù)”），負(fù)極反應(yīng)為Li-e^-=Li⁺，則正極反應(yīng)式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄．

Answer 1

分析 （1）①裝置為原電池鐵為負(fù)極被腐蝕；②裝置為原電池鋅做負(fù)極被腐蝕，鐵做正極被保護(hù)；③裝置為電解池，鐵做陰極被保護(hù)；
（2）由于鋅片和銅片都有銅析出，需要利用差量法進(jìn)行計算反應(yīng)消耗的鋅的質(zhì)量，再根據(jù)銅片質(zhì)量增加的物質(zhì)的量計算出參加原電池反應(yīng)的鋅的物質(zhì)的量，最后計算出原電池工作效率；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；
（3）原電池中陽離子移向正極；依據(jù)總反應(yīng)方程式和負(fù)極電極反應(yīng)計算得到正極電極反應(yīng)式．

解答 解：（1）①裝置為原電池鐵為負(fù)極被腐蝕；②裝置為原電池鋅做負(fù)極被腐蝕，鐵做正極被保護(hù)；③裝置為電解池，鐵做陰極被保護(hù)；①組裝置中鐵電極腐蝕最快；正極反應(yīng)是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；②③裝置中鐵被保護(hù)，③為外加電流陰極保護(hù)，效果最好，故答案為：①；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；③；外加電流陰極保護(hù)法；
（2）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%
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：60%；2×10^-3；
（3）FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄ 放電過程是原電池，總反應(yīng)方程式減去負(fù)極反應(yīng)得到正極電極反應(yīng)：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
故答案為：正；FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．

點評 本題考查了金屬腐蝕與防護(hù)的方法和應(yīng)用，原電電解池電極反應(yīng)書寫應(yīng)用，題目難度中等，書寫電極反應(yīng)式是解題的關(guān)鍵．