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3.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样的电池的发展是化学对人类的一项重大贡献
(1)下列有关电池的叙述中正确的是C.
A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C.甲烷燃料电池工作时甲烷在负极被氧化
D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
(2)FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板,若将此反应设计成原电池,则负极所用电极材料为Cu,正极反应式为2Fe3++2 e-=2Fe2+
(3)将铁片和铜片浸入硫酸铜溶液中组成原电池,两电极间连接一个电流计.若开始该电池中两电极的总质量为200g,工作一段时间后,取出铁片和铜片洗净干燥后称重,总质量变为208g,试计算:①溶解的铁的质量56g;②通过导线的电子数目2NA
(4)航天技术上使用的氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点.氢-氧燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的电池总反应式可表示为2H2+O2=2H2O.酸式燃料电池的电解质是酸,其负极反应可表示为:2H2-4e-═4H+,则其正极反应式可表示为:O2+4H++4e-═2H2O;放电一段时间后电解质溶液的pH将变大(填“变大、变小、不变”)碱式氢-氧燃料电池中的电解质是碱,其正极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-,则其负极反应可表为:2H2+4OH--4e-=4H2O.

分析 (1)A.锌锰干电池工作时碳棒不参与反应;
B.燃料电池可将化学能直接转变为电能;
C.氢氧燃料电池中,燃料在负极失电子;
D.太阳能电池的主要材料是硅;
(2)该电池反应中,铜失电子发生氧化反应,作负极;正极上铁离子得电子;
(3)依据该电池中两电极的总质量为200g,工作一段时间后,铁片和铜片洗净干燥后称重,总质量变为208g,分析判断电极质量增大为析出的Cu的质量与溶解的Fe的质量之差,依据电极反应和电子守恒计算;
(4)根据反应2H2+O2=2H2O可知,反应中氢气失电子被氧化,应在负极上的反应,氧气得电子被还原,应在正极上的反应,根据得失电子及反应类型写出相应的电极反应式,根据溶液中氢离子浓度的变化判断溶液PH值的变化.

解答 解:(1)A.锌锰干电池工作时碳棒不参与反应,所以碳棒质量不变,故A错误;
B.燃料电池反应中没有发生燃烧反应,放出的热能很少,主要是把化学能直接转变为电能,故B错误;
C.氢氧燃料电池工作时,燃料在负极失电子被氧化,则甲烷燃料电池工作时甲烷在负极被氧化,故C正确;
D.太阳能电池的主要材料为硅,光导纤维的主要材料是二氧化硅,故D错误;
故答案为:C;
(2)该电池反应中,铜失电子发生氧化反应,作负极;正极上铁离子得电子,则正极反应式为:2Fe3++2 e-=2Fe2+
故答案为:Cu;2Fe3++2 e-=2Fe2+
(3)①依据该电池中两电极的总质量为200g,工作一段时间后,铁片和铜片洗净干燥后称重,总质量变为208g,电极质量增大为析出的Cu的质量与溶解的Fe的质量之差为8g,设转移电子为xmol,
Fe发生的反应:Fe-2e-═Fe2+;Cu电极上的反应Cu2++2e-═Cu,则n(Fe)=0.5xmol,n(Cu)=0.5xmol,所以64×0.5x-56×0.5x=8,解得x=2mol
所以m(Fe)=1mol×56g/mol=56g;
故答案为:56g;
②转移电子为2mol,则转移电子数为2NA
故答案为:2NA
(4)酸式燃料电池的电解质是酸,反应中氢气失电子被氧化,氢气失电子生成氢离子,所以电极反应式为2H2-4e-═4H+;氧气得电子被还原,氧气得电子和溶液中的氢离子生成水,所以电极反应式为O2+4H++4e-═2H2O;随着反应的进行,生成的水越来越多,溶质硫酸的量不变,所以导致溶液的浓度降低,所以溶液的PH值增大;
碱式氢-氧燃料电池中的电解质是碱,该反应中氢气失电子被氧化,氢气失电子生成氢离子,氢离子和溶液中的氢氧根离子生成水,所以电极反应式为2H2+4OH--4e-=4H2O;
故答案为:2H2-4e-═4H+;O2+4H++4e-═2H2O;变大;2H2+4OH--4e-=4H2O.

点评 本题考查了原电池原理的分析判断、电极反应、电极名称、电子守恒的计算应用,题目难度中等,侧重于考查学生的分析能力和计算能力,注意把握原电池中电极的判断和电极方程式的书写.

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