Question

Ⅰ.能量之间可相互转化：电解食盐水制备氯气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，并作相应的标注。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，硫酸铜溶液为电解质溶液，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）甲乙两种原电池中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，为了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。

Ⅱ. CO与H₂反应还可制备C₂H₅OH，C₂H₅OH可作为燃料使用，用C₂H₅OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：

电池总反应为C₂H₅OH＋3O₂===2CO₂＋3H₂O，则d电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为_______________________________。若线路中转移2 mol电子，则上述燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为______ L。

Answer

有红色固体生成，负极被腐蚀 甲 电池乙负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小 锌片 正极 C2H5OH +3H2O-12e- =2CO2 +12H+ 11.2

【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．若用Zn、Fe、FeSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Fe作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Fe插入到FeSO4(aq)中。

（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，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。

Ⅱ.由图可知，d电极是电子流入的电极，所以是电池的正极。电池的正极反应一定为O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O，用总反应减去正极反应（计算时将正极扩大3倍）得到负极反应为：C2H5OH +3H2O-12e- =2CO2 +12H+。