Question

3．人們應(yīng)用原電池原理制作了多種電池，以滿足不同的需要．以下每小題中的電池廣泛使用于日常生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)等方面，請(qǐng)根據(jù)題中提供的信息，填寫空格．
（1）蓄電池在放電時(shí)起原電池作用，在充電時(shí)起電解池的作用．鉛蓄電池在放電時(shí)發(fā)生的電池反應(yīng)式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O．
負(fù)極反應(yīng)式為Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄．
正極反應(yīng)式為PbO₂+SO₄^2-+4H⁺+2e^-=PbSO₄+2H₂O．
（2）鐵、銅、鋁是生活中使用廣泛的金屬，F(xiàn)eCl₃溶液常用于腐蝕印刷電路銅板，其反應(yīng)過程的離子方程式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，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⁺+2e^-=2Fe²⁺．
（3）將鋁片和銅片用導(dǎo)線相連，一組插入濃硝酸中，一組插入燒堿溶液中，分別形成了原電池，在這兩個(gè)原電池中，負(fù)極分別為B．
A．鋁片、銅片      B．銅片、鋁片      C．鋁片、鋁片    D．銅片、銅片
寫出插入燒堿溶液中形成原電池的負(fù)極反應(yīng)式：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O．
（4）燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的供電裝置，如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：
①電池的負(fù)極是a（填“a”或“b”），該極的電極反應(yīng)式是：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O．
②電池工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液的pH減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)鉛蓄電池的電池總反應(yīng)式分析，放電時(shí)，Pb在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，PbO₂在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成硫酸鉛；
（2）Fe³⁺有強(qiáng)氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子；根據(jù)電池反應(yīng)式設(shè)計(jì)原電池，Cu失電子作負(fù)極，F(xiàn)e³⁺在正極上得電子生成Fe²⁺；
（3）鋁片和銅片用導(dǎo)線相連，一組插入濃硝酸中，一組插入燒堿溶液中，分別形成了原電池，根據(jù)負(fù)極金屬單質(zhì)上電子來判斷；堿性條件下，Al失電子生成偏鋁酸根離子；
（4）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為原電池的負(fù)極，通入氧氣的一極為原電池的正極，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
②根據(jù)燃料電池的總反應(yīng)方程式判斷pH的變化．

解答 解：（1）鉛蓄電池的電池總反應(yīng)式為：Pb+PbO₂+2H₂SO₄═2PbSO₄+2H₂O，依據(jù)反應(yīng)的總電池反應(yīng)，反應(yīng)中Pb元素化合價(jià)升高的在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)為：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄，PbO₂中元素化合價(jià)降低的是在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成硫酸鉛，電極反應(yīng)為：PbO₂+2e^-+4H⁺+SO₄^2-=PbSO₄+2H₂O；
故答案為：Pb+SO₄^2--2e^-=PbSO₄；PbO₂+SO₄^2-+4H⁺+2e^-=PbSO₄+2H₂O；
（2）Fe³⁺有強(qiáng)氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子，自身被還原成 Fe²⁺，反應(yīng)方程式為2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，設(shè)計(jì)成原電池時(shí)，Cu在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上三價(jià)鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，其正極上的電極反應(yīng)式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；Cu；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；
（3）將鋁片和銅片用導(dǎo)線相連，一組插入濃硝酸中，鋁鈍化，所以Cu失電子作負(fù)極，一組插入燒堿溶液中，Cu與氫氧化鈉不反應(yīng)，Al失電子作負(fù)極，
堿性條件下，Al失電子生成偏鋁酸根離子，其電極反應(yīng)為：Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；
故答案為：B；Al+4OH^--3e^-=AlO₂^-+2H₂O；
（4）①堿性甲烷燃料電池中通入甲烷的一極a為原電池的負(fù)極，該極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，即CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：a；CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；
②在堿性溶液中，甲烷燃料電池的總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，電池工作一段時(shí)間后，由于氫氧根離子被消耗，所以電解質(zhì)溶液的pH會(huì)減小，
故答案為：減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了原電池的內(nèi)容，涉及電極判斷與電極反應(yīng)式書寫等問題，做題時(shí)注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負(fù)極以及電極方程式的書寫，本題中難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)為電極方程式的書寫，題目難度中等．