Question

原电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。

（1）一种新型燃料电池，它以多孔铂板为两个电极插入稀硫酸中，然后分别向两极通入氢气和氧气而获得电能。通入氢气的电极反应式为________________________。放电一段时间后，负极附近溶液的pH________（填“升高”“降低”或“不变”）。

（2）电子工业上常利用FeCl₃溶液腐蚀铜板制作印刷电路，其反应的化学方程式为________________________。请把该反应设计成一个原电池，在方框内面出原电池装置图（要求：标明电极材料和电解质溶液）。_______

（3）常温下，将除去表面氧化膜的铝片、铜片插入浓HNO₃中组成原电池装置如图甲所示，测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图乙所示，反应过程中有红棕色气体产生。

t₁s前，原电池的负极是铝片，正极的电极反应式为____________，溶液中的H^＋向________（填“正”或“负”）极移动。t₁s后，外电路中电子流动方向发生改变，其原因是________________________。

Answer

H2－2e－＝2H＋ 降低 Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2 （需注明电解质溶液和电极名称，且构成闭合回路。） 2H＋＋NO3－＋e－＝NO2↑＋H2O 正 Al在浓硝酸中钝化，形成的氧化膜阻止了Al的进一步反应，此时Cu变成了负极

【解析】（1）由题意知，该燃料电池中，通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，电解质是硫酸，所以通入氢气的电极反应式为H2－2e－＝2H＋。放电一段时间后，负极附近的氢离子浓度变大，溶液的pH降低。

（2）电子工业上常利用FeCl3溶液腐蚀铜板制作印刷电路，其反应的化学方程式为Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2。把该反应设计成一个原电池，还原剂铜必须做负极，正极要用没有铜活泼的材料，电解质溶液一定是氯化铁溶液，原电池装置图如下：

（3）由图像可知，在t1s前后，电路中的电流方向是相反的，所以t1s前，因为铝比铜活泼，原电池的负极是铝片，铝发生氧化反应生成氧化铝，正极为铜，正极上硝酸根被还原为二氧化氮，正极的电极反应式为2H＋＋NO3－＋e－＝NO2↑＋H2O，溶液中的H＋向正极移动。当铝表面被全部氧化生成致密的氧化膜后，铝电极不如铜活泼，所以t1s后，，外电路中电子流动方向发生改变，其原因是Al在浓硝酸中钝化，形成的氧化膜阻止了Al的进一步反应，此时Cu变成了负极。

点睛：本题考查的是原电池原理。在原电池中一定有一个可以自发进行的氧化还原反应发生，其中还原剂在负极失去电子发生氧化反应，电子经外电路流向正极；氧化剂在正极上得到电子发生还原反应，电子定向移动形成电流，电流方向与电子运动方向相反，电解质溶液中的阳离子向正极、阴离子向负极定向移动。在书写电极反应式时，要根据电解质的酸碱性分析电极反应的产物是否能稳定存在，如果产物能与电解质的离子继续反应，就要合在一起写出总式，才是正确的电极反应式。有时燃料电池的负极反应会较复杂，我们可以先写出总反应，再写正极反应，最后根据总反应和正极反应写出负极反应。