Question

（1）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂该电池反应的化学方程式是________。

（2）化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化学法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO的原理如图所示。

①电源正极为__________（填A或B），阴极反应式为________________________。

②若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差（Δm_左－Δm_右）为__________克。

（3）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，在所给的材料中应选__________作阳极。

Answer

（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失去金属光泽，被腐蚀或氧化，溶液蓝色变浅

③甲 在甲装置中，两个电极反应是在彼此隔离的条件下进行的，锌与Cu2＋不直接发生反应，这样可以更彻底地将反应所释放的能量转化为电能 ④锌片

【解析】（1）该新型电池放电时，关键判断Al的氧化产物。由于NaOH溶液的存在，Al被氧化生成NaAlO2而不是Al（OH）3，故电池反应的化学方程式为：Al＋3NiO（OH）＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋3Ni（OH）2。

（2）阴极：2NO3-＋6H2O＋10e－=N2↑＋12OH－

阳极：10OH－－10e－=5H2O＋ O2↑

在阳极区生成的H＋通过质子交换膜到达阴极区，所以，当电子过程中转移

10 mol e－时，

Δm左＝ mol×32 g·mol－1＋10 g＝90 g

Δm右＝28 g－10 g＝18 g

所以当转移2 mol e－时，膜两侧电解液的质量变化差为＝14.4 g。

（3）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，负极本身被腐蚀或氧化，失去金属光泽，质量减轻，蓝色变浅。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，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。