Question

I、某化學活動小組利用如下甲裝置對原電池進行研究，請回答下列問題：（其中鹽橋為含有飽和KCl溶液的瓊脂）

（1）在甲圖裝置中，當電流計中指針發生偏轉時，鹽橋中的離子移動方向為：K⁺移向

 

燒杯，（填“A”或“B”），
（2）鋅電極為電池的

 

極，發生的電極反應式為

 

；銅電極上發生的電極反應式為

 

；
Ⅱ、該小組同學提出設想：如果將實驗中的鹽橋換為導線（銅制），電流表是否也發生偏轉呢？帶著疑問，該小組利用圖乙裝置進行了實驗，發現電流計指針同樣發生偏轉．回答下列問題：
（3）對于實驗中產生電流的原因，該小組進了深入探討，后經老師提醒注意到使用的是銅導線，燒杯A實際為原電池，B成了用電器．對于圖乙燒杯A實際是原電池的問題上，該小組成員發生了很大分歧：
①一部分同學認為是由于ZnSO₄溶液水解顯酸性，此時原電池實際是由Zn、Cu做電極，H₂SO₄溶液作為電解質溶液而構成的原電池．如果這個觀點正確，那么原電池的電極反應式為：正極：

 

②另一部分同學認為是溶液酸性較弱，由于溶解在溶液中的氧氣的作用，使得Zn、Cu之間形成原電池．如果這個觀點正確，那么原電池的電極反應式為：正極：

 

（4）若第（3）問中②觀點正確，則可以利用此原理設計電池為在偏遠海島工作的燈塔供電．其具體裝置為以金屬鋁和石墨為電極，以海水為電解質溶液，最終鋁變成氫氧化鋁．請寫出該電池工作時總反應的化學方程式

 

．

Answer 1

考點：探究原電池及其工作原理

專題：實驗設計題,電化學專題

分析：I、（1）在甲圖裝置中，Zn易失電子作負極、Cu作正極，當電流計中指針發生偏轉時，鹽橋中鉀離子向正極移動；
（2）鋅為負極，負極上鋅失電子發生氧化反應，正極上銅離子得電子發生還原反應；
Ⅱ、（3）①正極上氫離子放電生成氫氣；
②正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子；
（4）以金屬鋁和石墨為電極，以海水為電解質溶液，最終鋁變成氫氧化鋁，則負極上Al放電生成鋁離子，正極上生成氫氧根離子，鋁離子和氫氧根離子反應生成Al（OH）₃．

解答： 解：I、（1）在甲圖裝置中，Zn易失電子作負極、Cu作正極，當電流計中指針發生偏轉時，鹽橋中鉀離子向正極移動，所以鉀離子向硫酸銅溶液移動，即向B燒杯移動，故選B；
（2）鋅為負極，負極上鋅失電子發生氧化反應，電極反應式為Zn-2e^-=Zn ²⁺，Cu為正極，正極上銅離子得電子發生還原反應，電極反應為Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：負；Zn-2e^-=Zn ²⁺；Cu²⁺+2e^-=Cu；
Ⅱ、（3）①正極上氫離子放電生成氫氣，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
②正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（4）以金屬鋁和石墨為電極，以海水為電解質溶液，最終鋁變成氫氧化鋁，則負極上Al放電生成鋁離子，正極上生成氫氧根離子，鋁離子和氫氧根離子反應生成Al（OH）₃，所以電池反應式為4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃，
故答案為：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．

點評：本題考查了原電池原理，根據失電子難易程度確定正負極，再結合電解質溶液中離子移動方向分析解答，難點是電極反應式書寫，題目難度中等．