Question

4．請根據(jù)化學(xué)反應(yīng)Fe+CuCl₂=FeCl₂+Cu設(shè)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(dǎo)線．
（1）完成原電池甲的裝置示意圖（如圖），并作相應(yīng)標(biāo)注．
（2）寫出該原電池的電極反應(yīng)式
負極：Fe-2e^-=Fe²⁺，正極：Cu²⁺+2e^-=Cu
（3）上述裝置實現(xiàn)了化學(xué)能轉(zhuǎn)變電能．
（4）為提高普通燃料燃燒的能量轉(zhuǎn)換效率，往往設(shè)計成燃料電池．請寫出甲烷堿性燃料電池電極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)的金屬Fe作負極，不如Fe活潑的金屬銅或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，CuCl₂為電解質(zhì)，有鹽橋的裝置要將負極鐵和參加反應(yīng)的電解質(zhì)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(shè)計；
（2）該原電池負極鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極是銅離子得電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(yīng)，正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，又因為電解質(zhì)是堿溶液，不會在電極上放出二氧化碳．

解答 解：（1）該反應(yīng)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(yīng)的金屬Fe作負極，不如Fe活潑的金屬銅或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，CuCl₂為電解質(zhì)，有鹽橋的裝置要將負極鐵和參加反應(yīng)的電解質(zhì)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(yīng)，電極反應(yīng)式為：Fe-2e^-=Fe²⁺，正極是銅離子得電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，
故答案為：化學(xué)；電；
（4）甲烷燃料電池以堿溶液為電解質(zhì)溶液時，負極上是甲烷發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，二氧化碳和堿反應(yīng)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(yīng)，電極反應(yīng)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(shè)計，這是新課標(biāo)要求學(xué)生需要掌握的內(nèi)容，正確判斷原電池正負極材料、電解質(zhì)溶液是設(shè)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(dǎo)體作正極，氧化劑的溶液作電解質(zhì)溶液．