Question

9．以下是电化学原理的应用问题．
（1）由A、B、C、D四种金属按下表装置图进行实验．

装置
现象	金属A不断溶解	C极质量增加	A上有气体产生

根据实验现象回答问题：四种金属活动性由强到弱的顺序是D＞A＞B＞C．
（2）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置．如图1为电池示意图，请回答：
①氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是由化学能转变为电能，在导线中电子流动方向为由a到b（用a、b表示）．
②负极反应式为2H₂+4OH^--4e^-=4H₂O（或H₂+2OH^--2e^-=2H₂O）．
（3）如图2中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极．通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状况）气体．回答：
①直流电源中，M为正极．
②AgNO₃溶液的浓度（填“增大”“减小”或“不变”．下同）不变，H₂SO₄溶液的浓度增大．
③此时电路中转移电子的物质的量为0.02mol．

Answer 1

分析 （1）甲装置中，金属A不断溶解说明A失电子发生氧化反应而作负极，B作正极；乙中C的质量增加，说明C上银离子得电子发生还原反应，则C作原电池正极，B作负极；丙装置中A上有气体产生，说明A上氢离子得电子发生还原反应，则A作原电池正极，D作负极，作原电池负极的金属活动性大于作正极金属；
（2）①原电池是将化学能转变为电能的装置，原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极；
②负极上燃料失电子发生还原反应，正极上氧气得电子生成氢氧根离子；
（3）通电一段时间后，发现只有c、d两极上有气体产生，说明溶液中的银离子在b电极上得电子，所以b电极是阴极，则a、c是阳极，d是阴极，M是原电池正极，N是负极，c极生成氧气，d极生成氢气．
①M为电源的正极；
②左边装置中Ag作阳极、Pt作阴极，为电镀池，阳极溶解Ag质量等于阴极析出Ag质量，相当于电解质溶液中硝酸银没有参加反应；电解稀硫酸时，阳极上生成氧气、阴极上生成氢气，相当于电解水，导致硫酸浓度增大；
③电解稀硫酸实质是电解水，c、d两极共收集到336mL气体（标准状况），电池反应式为：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，生成氢气的体积占总体积的$\frac{2}{3}$，所以混合气体中氢气的体积是224mL，即0.01mol，根据2H⁺+2e^-═H₂↑计算转移电子物质的量．

解答 解：（1）甲装置中，金属A不断溶解说明A失电子发生氧化反应而作负极，B作正极；乙中C的质量增加，说明C上银离子得电子发生还原反应，则C作原电池正极，B作负极；丙装置中A上有气体产生，说明A上氢离子得电子发生还原反应，则A作原电池正极，D作负极，作原电池负极的金属活动性大于作正极金属，所以金属活动性强弱顺序是：D＞A＞B＞C，
故答案为：D＞A＞B＞C．
（2）①该装置是把化学物质中的能力转化为电能，所以是化学能转变为电能；在原电池中，氢气在负极上失电子，氧气在正极上得电子，电子的流向是从负极流向正极，所以是由a到b，
故答案为：化学能转变为电能；由a到b；
②碱性环境中，该反应中负极上氢气失电子生成氢离子，电极反应式为H₂+2OH^--2e^-═2H₂O，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故答案为：2H₂+4OH^--4e^-═4H₂O（或H₂+2OH^--2e^-=2H₂O）；
（3）①通电一段时间后，发现只有c、d两极上有气体产生，说明溶液中的银离子在b电极上得电子，所以b电极是阴极，则a、c是阳极，d是阴极，M是原电池正极，
故答案为：正；
②左边装置中Ag作阳极、Pt作阴极，为电镀池，阳极溶解Ag质量等于阴极析出Ag质量，相当于电解质溶液中硝酸银没有参加反应，所以硝酸银溶液浓度不变；
电解稀硫酸时，阳极上生成氧气、阴极上生成氢气，相当于电解水，硫酸的物质的量不变，溶液体积减小，导致硫酸浓度增大，
故答案为：不变；增大；
③电解稀硫酸反应时，当通电一段时间后，c、d两极共收集到336mL气体（标准状况），则阴极发生2H⁺+2e^-═H₂↑，阳极发生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，实际上电解的是水，电池反应式为：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，根据方程式知，生成氢气的体积占总体积的$\frac{2}{3}$，所以混合气体中氢气的体积是224mL，即0.01mol，根据2H⁺+2e^-═H₂↑知，转移电子的物质的量是0.02mol，
故答案为：0.02．

点评 本题考查原电池、电解池的工作原理，侧重原电池正负极的判断、燃料电池电极反应式的书写、电解池阴阳极的判断等，注意电镀和电解精炼的区别，易错点是稀硫酸中硫酸物质的量不变但溶液体积改变，难度中等．