Question

【題目】按要求回答下列問題

（1）某蓄電池的正負(fù)極標(biāo)志難以辨別，請設(shè)計實驗方案，將蓄電池的正負(fù)極辨別出來____________________。

（2）解釋下列化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率變化關(guān)系曲線

①將除去氧化膜的鎂條投入盛有稀鹽酸的試管中，產(chǎn)生氫氣的速率隨時間的變化關(guān)系如圖A所示，試解釋原因：_________________________________________________________。

②過氧化氫在酶的催化作用下的分解速率隨溫度的變化關(guān)系如圖B所示，試解釋原因：______________________。

（3）氫能源是最具應(yīng)用前景的能源之一，高純氫的制備是目前的研究熱點。可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如下。通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2時，連接_______________。

②改變開關(guān)連接方式，可得O2，電極反應(yīng)式為___________________________。

③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式，說明電極3的作用：______________________________。

（4）甲醇燃料電池DMFC可作電腦、汽車的能量來源。在實驗室完成一個實驗，用DMFC電解NaClO3溶液可制取NaClO4溶液，裝置如圖所示（其中DMFC以KOH作電解質(zhì)）。

①寫出電源負(fù)極電極反應(yīng)式：______________________________。

②寫出電解的總反應(yīng)化學(xué)方程式：__________________________。

Answer 1

【答案】用導(dǎo)線將兩極分別與兩根石墨棒相連，將兩根石墨棒插入氯化銅溶液中，有黃綠色氣體產(chǎn)生的一極是陽極，它所連的一極是蓄電池的正極，另一根石墨棒上有紅色的銅析出，它所連的一極是蓄電池的負(fù)極 鎂與酸反應(yīng)放熱加快反應(yīng)速率，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氫離子濃度降低反應(yīng)速率減慢 隨著溫度升高酶的活性增加，反應(yīng)速率加快，溫度過高導(dǎo)致酶失活反應(yīng)速率降低 K1 4OH--4e-=O2↑+2H2O 連接K1或K2時，電極3分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O NaClO3+H2O NaClO4+ H2↑

【解析】

（1）可利用電解原理，依據(jù)電解時兩極發(fā)生的不同現(xiàn)象將兩極區(qū)分出來，據(jù)此進(jìn)行方案的設(shè)計；

（2）①根據(jù)溫度、濃度對反應(yīng)速率的影響進(jìn)行分析；

②酶作催化劑時有一個最適宜溫度，在此溫度下，酶的催化活性最高，而在較高溫度下，酶作為一種蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而失去催化活性，據(jù)此分析；

（3）電解水生成氫氣和氧氣，氧氣在陽極生成，氫氣在陰極生成，電極3可分別連接K 1或K 2，分別發(fā)生氧化、還原反應(yīng)，實現(xiàn)NiOOHNi（OH） 2的轉(zhuǎn)化，且可循環(huán)使用，以此解答該題。

（4）甲醇燃料電池中（屬于原電池），甲醇在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)；根據(jù)題給信息可知，在電解池中，NaClO3在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成NaClO4，氫離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，寫出陰陽極極反應(yīng)，即可寫出電解的總反應(yīng)。

（1）可利用電解原理，依據(jù)電解時兩極發(fā)生的不同現(xiàn)象將兩極區(qū)分出來；例如：用導(dǎo)線將兩極分別與兩根石墨棒相連，將兩根石墨棒插入氯化銅溶液中，有黃綠色氣體產(chǎn)生的一極是陽極，它所連的一極是蓄電池的正極，另一根石墨棒上有紅色的銅析出，它所連的一極是蓄電池的負(fù)極。

故答案是：用導(dǎo)線將兩極分別與兩根石墨棒相連，將兩根石墨棒插入氯化銅溶液中，有黃綠色氣體產(chǎn)生的一極是陽極，它所連的一極是蓄電池的正極，另一根石墨棒上有紅色的銅析出，它所連的一極是蓄電池的負(fù)極；

（2）①圖A中前段隨時間進(jìn)行曲線逐漸上升，原因是鎂與鹽酸的反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液的溫度逐漸升高，化學(xué)反應(yīng)速率逐漸增大；后段隨著反應(yīng)的進(jìn)行曲線逐漸下降，主要原因是隨著反應(yīng)的進(jìn)行溶液中氫離子濃度減小，使化學(xué)反應(yīng)速率逐漸減�。�

故答案是：鎂與酸反應(yīng)放熱加快反應(yīng)速率，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氫離子濃度降低反應(yīng)速率減慢；

②酶作催化劑時有一個最適宜溫度，在此溫度下，酶的催化活性最高，而在較高溫度下，酶作為一種蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而失去催化活性；圖B中前段曲線表示隨溫度升高，酶的催化活性逐漸增大，化學(xué)反應(yīng)速率也隨著增大；曲線的最高點時對應(yīng)的溫度是酶催化時的最適宜溫度；后段曲線表示隨溫度升高，酶發(fā)生變性，逐漸失去了催化活性，化學(xué)反應(yīng)速率也隨著減小；

故答案是：隨著溫度升高酶的活性增加，反應(yīng)速率加快，溫度過高導(dǎo)致酶失活反應(yīng)速率降低；

（3）①根據(jù)題中信息，堿性電解液條件下，生成H2的電極方程式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，生成氣體的電極得電子，為陰極，故應(yīng)該連接K1；

故答案是：K1；

②改變開關(guān)連接方式，可得O2，氫氧根離子在陽極失電子生成氧氣，電極反應(yīng)式為4OH--4e-=O2↑+2H2O；

故答案是：4OH--4e-=O2↑+2H2O；

③當(dāng)連接K1時，生成H2，此時電極1的電極反應(yīng)為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，電極3的電極反應(yīng)為Ni（OH）2-e-+OH-=NiOOH+H2O，可以消耗電極1產(chǎn)生的OH-；當(dāng)連接K2時，生成O2，此時電極2的電極反應(yīng)為4OH--4e-=O2↑+2H2O，電極3的電極反應(yīng)為NiOOH+H2O +e-= Ni（OH）2 + OH-，以補充電極2消耗的OH-；

故答案是：連接K1或K2時，電極3分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移；

（4）①甲醇燃料電池中，甲醇在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

故答案是：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

②根據(jù)題給信息可知，電解過程中，NaClO3在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成NaClO4，電極反應(yīng)為：ClO3--2e-+2OH-= ClO4-+H2O；氫離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，電解的總反應(yīng)化學(xué)方程式：NaClO3+H2O NaClO4+ H2↑；

故答案是：NaClO3+H2ONaClO4+ H2↑。