Question

【題目】Ⅰ.能量之間可相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備氯氣是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計(jì)兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。

限選材料：ZnSO4(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，并作相應(yīng)的標(biāo)注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。_____________

（2）以銅片為電極之一，硫酸銅溶液為電解質(zhì)溶液，只在一個(gè)燒杯中組裝原電池乙，工作一段時(shí)間后，可觀察到負(fù)極________________

（3）甲乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是____________，其原因是_________________________

（4）根據(jù)犧牲陽極的陰極保護(hù)法原理，為了減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕，在上述的材料中應(yīng)選__________作陽極。

Ⅱ. CO與H2反應(yīng)還可制備C2H5OH，C2H5OH可作為燃料使用，用C2H5OH和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

電池總反應(yīng)為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，則d電極是________(填“正極”或“負(fù)極”)，c電極的反應(yīng)方程式為_______________________________。若線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子，則上述燃料電池，消耗的O2在標(biāo)況下的體積為______ L。

Answer 1

【答案】 有紅色固體生成，負(fù)極被腐蝕 甲 電池乙負(fù)極可與CuSO4溶液直接發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；電池甲的負(fù)極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，化學(xué)能在轉(zhuǎn)化為電能時(shí)損耗較小 鋅片 正極 C2H5OH +3H2O-12e- =2CO2 +12H+ 11.2

【解析】(1)①根據(jù)題給條件和原電池的構(gòu)成條件可得：a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負(fù)極，Cu作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)組成原電池，Fe作負(fù)極，Cu作正極，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。c．若用Zn、Fe、FeSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池，Zn作負(fù)極，Fe作正極，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Fe插入到FeSO4(aq)中。

（2）由于金屬活動(dòng)性Zn＞Fe＞Cu，鋅片或鐵片作負(fù)極，由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸，工作一段時(shí)間后，負(fù)極逐漸溶解，表面有紅色固體析出。

（3）帶有鹽橋的甲原電池中負(fù)極沒有和CuSO4溶液直接接觸，二者不會(huì)直接發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)能不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能；而原電池乙中的負(fù)極與CuSO4溶液直接接觸，兩者會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)，部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，化學(xué)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能。

（4）由犧牲陽極的陰極保護(hù)法可得，鐵片作正極(陰極)時(shí)被保護(hù)，作負(fù)極(陽極)時(shí)被腐蝕，所以應(yīng)選擇比鐵片更活潑的鋅作負(fù)極(陽極)才能有效地保護(hù)鐵不被腐蝕。

Ⅱ.由圖可知，d電極是電子流入的電極，所以是電池的正極。電池的正極反應(yīng)一定為O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O，用總反應(yīng)減去正極反應(yīng)（計(jì)算時(shí)將正極擴(kuò)大3倍）得到負(fù)極反應(yīng)為：C2H5OH +3H2O-12e- =2CO2 +12H+。