Question

（1）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）2該電池反應的化學方程式是________。

（2）化學在環境保護中起著十分重要的作用，催化反硝化學法和電化學降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染。電化學降解NO的原理如圖所示。

①電源正極為__________（填A或B），陰極反應式為________________________。

②若電解過程中轉移了2 mol電子，則膜兩側電解液的質量變化差（Δm左－Δm右）為__________克。

（3）能量之間可相互轉化：電解食鹽水制備Cl2是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。限選材料：ZnSO4（aq），FeSO4（aq），CuSO4（aq）；銅片，鐵片，鋅片和導線。

①完成原電池甲的裝置示意圖（見圖），并作相應標注，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，CuSO4（aq）為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極__________。

③甲乙兩種原電池可更有效地將化學能轉化為電能的是________，其原因是_________________________________________________________________。

④根據犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在所給的材料中應選__________作陽極。

 

Answer 1

（1）Al＋3NiO（OH）＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋3Ni（OH）2

（2）①A　2NO3-＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－

②14.4

（3）①（或其他合理答案）

②失去金屬光澤，被腐蝕或氧化，溶液藍色變淺

③甲　在甲裝置中，兩個電極反應是在彼此隔離的條件下進行的，鋅與Cu2＋不直接發生反應，這樣可以更徹底地將反應所釋放的能量轉化為電能　④鋅片

【解析】（1）該新型電池放電時，關鍵判斷Al的氧化產物。由于NaOH溶液的存在，Al被氧化生成NaAlO2而不是Al（OH）3，故電池反應的化學方程式為：Al＋3NiO（OH）＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋3Ni（OH）2。

（2）陰極：2NO3-＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－

陽極：10OH－－10e－=5H2O＋ O2↑

在陽極區生成的H＋通過質子交換膜到達陰極區，所以，當電子過程中轉移

10 mol e－時，

Δm左＝ mol×32 g·mol－1＋10 g＝90 g

Δm右＝28 g－10 g＝18 g

所以當轉移2 mol e－時，膜兩側電解液的質量變化差為＝14.4 g。

（3）①根據題給條件和原電池的構成條件可得：

a．若用Zn、Cu、CuSO4（aq）、ZnSO4（aq）組成原電池，Zn作負極，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作負極，Cu作正極，Fe插入到FeSO4（aq）中，Cu插入到CuSO4（aq）中。

c．注意，畫圖時要注意電極名稱，電極材料，電解質溶液名稱（或化學式），并形成閉合回路。②由于金屬活動性Zn＞Fe＞Cu，鋅片或鐵片作負極，由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸，工作一段時間后，負極本身被腐蝕或氧化，失去金屬光澤，質量減輕，藍色變淺。③帶有鹽橋的甲原電池中負極沒有和CuSO4溶液直接接觸，二者不會直接發生置換反應，化學能不會轉化為熱能，幾乎全部轉化為電能；而原電池乙中的負極與CuSO4溶液直接接觸，兩者會發生置換反應，部分化學能轉化為熱能，化學能不可能全部轉化為電能。④由犧牲陽極的陰極保護法可得，鐵片作正極（陰極）時被保護，作負極（陽極）時被腐蝕，所以應選擇比鐵片更活潑的鋅作負極（陽極）才能有效地保護鐵不被腐蝕。