Question

能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。

①完成原电池甲的装置示意图(见下图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

②以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________。

③甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是____________。

④根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在上述的材料中应选__________作阳极。

通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：

①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)

②写出NiO电极的电极反应式：_________________________________________________。

Answer 1

答案　(1)①(或其他合理答案)

②电极逐渐溶解，表面有红色固体析出

③甲　在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能

④锌片

(2)①还原　②NO＋O2－－2e－===NO2

解析　(1)①根据题给条件和原电池的构成条件可得：

a．若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。

b．若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。

c．注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。

②由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。

③带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，而是几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。

④由牺牲阳极的阴极保护法可得，铁片作正极(阴极)时被保护，作负极(阳极)时被腐蚀，所以应选择比铁片更活泼的锌作负极(阳极)才能有效地保护铁不被腐蚀。

(2)由图示可知原电池发生反应为2NO＋O2===2NO2，NO为还原剂，O2为氧化剂，O2在Pt电极得电子发生还原反应：O2＋4e－===2O2－。NO在NiO电极上失电子发生氧化反应：NO＋O2－－2e－===NO2。