Question

某校化学兴趣小组为了探究原电池工作原理，进行如下系列实验：

结果：
（1）实验一中铜片、锌片表面均有红色物质析出，电流计指针偏转，但较短时间内电流即明显减小．实验结束时测得锌片减少了3.94g，铜片增重了3.84g，则该原电池的工作效率是（指参加原电池反应的锌占反应总量的百分率）：

 

．
（2）实验二中刚将铜、锌片插入溶液中时电流计指针有偏转，但立即就归零了．为什么锌的电子不能持续通过导线流向铜极给Cu²⁺？

 

．
（3）实验三中盐桥中K⁺流向

 

溶液（填ZnSO₄或CuSO₄），如果Zn的消耗速率为1×10^-3mol/s，则K⁺的迁移速率为

 

mol/s．
（4）实验四中电流计指针有偏转，写出铜极的电极反应式：

 

．

Answer 1

考点：探究原电池及其工作原理

专题：实验设计题,电化学专题

分析：（1）由于锌片和铜片都有铜析出，需要利用差量法进行计算反应消耗的锌的质量，再根据铜片质量增加的物质的量计算出参加原电池反应的锌的物质的量，最后计算出原电池工作效率；
（2）根据实验二的装置中没有形成闭合回路，即没有构成原电池分析；
（3）根据原电池工作中电流方向判断，钾离子与电流方向一致；根据电荷守恒判断钾离子流到速率；
（4）实验四中锌为原电池负极，铜为正极，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子．

解答： 解：（1）铜片、锌片表面均有红色物质铜析出，理解减小的质量为：3.94g-3.84g=0.1g，
根据反应关系式：Zn～Cu△m（减小）
               65  64   1
              6.5g     0.1g
参加反应的锌的质量为6.5g，
根据电子守恒，参加原电池反应的锌的物质的量为n（Zn）=n（Cu）=

3.84g

64g/mol

=0.06mol，该原电池的工作效率为：

0.06mol×65g/mol

6.5g

×100%=60%，
故答案为：60%；
（2）由于锌失电子则形成Zn²⁺进入溶液显正电性，Cu²⁺得电子则溶液显负电性，这两种因素均阻碍电子流向铜板，
故答案为：锌失电子则形成Zn²⁺进入溶液显正电性，Cu²⁺得电子则溶液显负电性，两种因素均阻碍电子流向铜板（或类似合理答案）
（3）实验三中，铜为正极，锌为负极，电流在外电路有铜流向锌，溶液中电流由锌流向铜，所以钾离子流向硫酸铜溶液，氯离子流向硫酸锌溶液；根据电荷守恒可知，如果Zn的消耗速率为1×10^-3mol/s，则钾离子则K⁺的迁移速率为2×10^-3，
故答案为：CuSO₄；2×10^-3；
（4）实验四中，锌为原电池的负极，失去电子生成锌离子；而铜为原电池的正极，在正极上氧气得到电子生成氢氧根离子，正极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

点评：本题考查了原电池的形成条件及工作原理，题目难度中等，注意明确原电池构成条件：1．形成闭合回路；2．溶液中有自由移动的离子；3．不同活泼性的电极．