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化学电源yu
(1)为了证明猜想是正确的,请配齐实验用品:锌片、铜片、导线、电流计、稀硫酸、________。 (2)你应该做怎样的简单操作_________。 若________,则说明猜想二是正确的。 (3)该电池电流方向为:_____________。 【解析】 根据原电池原理设计电池并进一步制作实用电源,其依据是原电池形成的基本条件,抓住这一点,根据需要即可达到设计目的。题中所要求的是探索合适电解质溶液。 此设计实验给出一部分试剂、用品,要求找出其他用品。根据题干叙述应从电解质中寻找。要想证明猜想二是正确的,应从不与负极反应的电解质中寻找。猜想一提供的是反应的酸,因此猜想二应用碱溶液或盐溶液实验,但不能选用CuSO4溶液等能与Zn反应的溶液做实验。 原电池形成除三个基本条件外,其实质必须是自发进行的氧化还原反应。尽管NaCl溶液不和锌发生反应,但溶液中溶解的氧气可氧化Zn,故也可形成原电池。 误区诊断:电流方向与电子流向正好相反,注意不要混淆,电流方向是从电池正极流向负极,电子流向是从负极到正极。 【答案】 (1)NaCl溶液 (2)将H2SO4溶液换成NaCl溶液 电流计指针发生偏转 (3)从铜片流向锌片 2.加快化学反应速率 由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生,因而反应速率加快。 如Zn与稀H2SO4反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu—Zn原电池,加快反应进行。 3.设计制作化学电源 设计原电池时要紧扣原电池的三个条件。具体方法是: (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。 (2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活泼性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。 ①电解质溶液的选择 电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜-锌-硫酸构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。 ②电极材料的选择 在原电池中,选择还原性较强的物质作为负极;氧化性较强的物质作为正极。并且,原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。 (3)按要求画出原电池装置图。 如根据以下两反应设计的原电池: 原理 负极 正极 电解质溶液 电极反应 2FeCl3+Cu=== 2FeCl2+CuCl2 Cu Fe FeCl3 负极:Cu-2e-===Cu2+ 正极:2Fe3++2e-===2Fe2+ 原理 负极 正极 电解质溶液 电极反应 2H2+O2 2H2O Pt(H2) Pt(O2) KOH 负极:2H2+4OH--4e-===4H2O 正极:O2+2H2O+4e-===4OH- 灵犀一点: ①应用原电池原理可以判断两种金属活泼性的强弱,但同时要注意电解质溶液的选择。 ②应用原电池原理可以设计任一自发的氧化还原反应的电池,但有的电流相当微弱。同时要注意电解质溶液不一定参与反应,如燃料电池,水中一般要加入NaOH、H2SO4或Na2SO4。 【案例2】 (2009·福建理综)控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是( ) A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应 B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原 C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态 D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极 【解析】 本题中涉及带有盐桥的原电池,盐桥可使氧化还原反应在不同反应容器中同时发生,大大提高电流效率。但其工作原理和不带盐桥的原电池的一样,即负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应。 对于本题,甲中石墨作正极,发生还原反应,电极反应式为2Fe3++2e-===2Fe2+;乙中石墨作负极,发生氧化反应,电极反应式为2I--2e-===I2。当反应达到平衡时,正逆反应速率相等,此时电路中电流强度的和为零,故灵敏电流计的读数为零,选项A、B、C均正确。当灵敏电流计读数为零后,在甲中再溶入FeCl2固体,导致化学平衡逆向移动,即把该反应的逆反应设置成原电池,甲中石墨作负极,发生氧化反应,电极反应式为2Fe2+-2e-===2Fe3+;乙中石墨作正极,发生还原反应,电极反应式为I2+2e-===2I-,D错。 【答案】 D 【规律技巧】 氧化还原反应与原电池的关系: (1)在原电池中发生的反应均是通常情
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