原电池是一种将化学能转化为电能的装置,其工作原理基于氧化还原反应。在这个训练中,我们关注的是高中化学中的基础知识,特别是与铜锌原电池相关的概念。
1. 在铜锌原电池中,锌作为负极,发生氧化反应,失去电子形成锌离子(Zn-2e-→Zn2+)。铜则是正极,铜离子在此得到电子被还原为铜原子(Cu2++2e-→Cu)。电子从锌极沿着外电路流向铜极,形成电流。盐桥的作用是平衡两侧溶液的电荷,K+向负极(ZnSO4)溶液移动,而SO42-向正极(CuSO4)移动。
2. 加快反应速率但不影响氢气生成总量的方法,可以是加入少量的铜离子,形成锌-铜原电池,如B选项所示。增加盐酸浓度(A选项)会加快反应速率但也会生成更多氢气,加水(C选项)降低浓度减慢反应,加NaCl溶液(D选项)对反应速率影响不大。
3. 在原电池装置中,电流计指针偏转表明电路中有电流流动。M棒变粗,N棒变细可能是因为M在发生还原反应,N在发生氧化反应。根据题目,A选项中Zn失去电子,Cu得到电子,符合原电池原理;B选项铁会还原Cu2+,不是M变粗N变细;C选项Ag不会被氧化或还原;D选项锌不应还原Fe3+。
4. 海水电池利用海水作为电解质,铝合金(通常含有活泼金属)作为负极,发生氧化反应,而合金网(如 Pt-Fe)作为正极,接收电子。因此,②铝合金是负极和③海水是电解质溶液是正确的,答案为B。
5. 当负极流出电子时,阳离子浓度、负极质量、正极质量都可能受到影响。根据题目描述,x轴代表负极流出的电子,y轴可能表示Ag+浓度(①)或负极(a棒)的质量变化(③),因为这些变化与电子流动直接相关。
6. 当CuSO4溶液滴入水中,铁圈(Fe)会与Cu2+反应,形成Fe2+,银圈(Ag)成为正极,铜离子在银圈表面沉积,导致银圈质量增加,因此银圈会向下倾斜。
7. a的金属活动性强于Pb,所以a是负极,b为碳棒(正极)。a极发生氧化反应,b极有气体放出(可能是H2),溶液pH值上升,电子从a极流向b极。
8. 当a和b不连接时,铁片与铜离子反应生成铜和亚铁离子,但连接后,铜片作为正极,铁片作为负极,铜片上Cu2+得到电子被还原。无论是否连接,铁片都会溶解,但连接时,Cu2+从正极移向负极。
9. 锌-铜原电池中,锌为负极,反应为Zn-2e-→Zn2+,铜为正极,反应为Cu2++2e-→Cu。外电流方向是从铜到锌。当放出1.68L(0.075mol)H2时,消耗0.075mol锌(32.5g/mol×0.075mol=2.4375g),转移0.15NA个电子,原硫酸浓度为0.75mol/L(因为消耗了0.075mol硫酸,体积假设不变)。
1. 图1铜锌原电池中,流入正极的电子与溶液中铜离子的浓度变化有关,所以y轴可能表示c(Cu2+)。
2. 镁-H2O2酸性电池中,镁作为负极,H2O2作为氧化剂,电池总反应为Mg+H2O2+2H+→Mg2++2H2O,释放氧气,而H2O2被还原为水,这种电池适合在海洋环境中使用,因为它利用海水作为电解质。
通过以上分析,我们可以看到原电池的原理涉及氧化还原反应、电极电势、电子转移以及溶液中离子浓度的变化等多个化学概念,这些都是高中化学学习的重点。掌握这些知识对于理解能量转化和化学反应的性质至关重要。