如何全面理解掌握高中的重要实验(7)

12.原电池的工作原理

实验原理：原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。原电池的工作原理是将氧化还原反应的氧化反应，还原反应分别在两极上进行，还原剂在负极被氧化，失去的电子通过导线传递给正极，氧化剂在正极被还原，得到电子，从而实现化学能到电能的转化。

实验操作：(1)将锌片与铜片平行插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察发生的现象。(2)用导线把锌片和铜片连接起来，观察发生的现象。(3)在导线中间接入一个电流计，观察发生的现象。如图所示。

稀硫酸

实验现象及结论：(1)锌片溶解，锌片上有气泡产生。铜片上无气泡。因为Zn比Cu活泼，Cu不能和稀硫酸发生置换反应，而Zn可以置换出硫酸中的氢：Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑。

(2)铜片上有气泡产生。因为Zn比Cu活泼，容易失去电子，发生氧化反应，电子沿导线流向铜片，电子流进铜片后，溶液中的氢离子在铜片上得到电子产生氢气，发生还原反应，因而铜片上有气泡产生。

(3)电流计指针有偏转。说明导线上有电子流过。

装置中，锌片(负极)发生氧化反应，Zn-2e-==Zn2+，铜片(正极)发生还原反应，2H++2e-==H2↑。电子由负极经导线流向正极，整个电路形成回路，产生电流，化学能转变为电能。这就是原电池的工作原理。

总反应方程式：Zn+2H+==Zn2++H2↑。

问题：(1)如果将上述实验中的“稀硫酸”改为“CuSO4溶液”，其他不变，能否构成原电池?如果再用比锌活泼的镁代替铜片，再用ZnSO4溶液代替CuSO4溶液与锌片组成原电池，锌片上将发生怎样的电极反应?如果将锌片置于盛有ZnSO4溶液的烧杯中，将铜片根置于盛有CuSO4溶液的烧杯中，分别构成两个电极，外电路仍用导线连接，并通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，能否构成原电池?根据上述实验探究，你认为原电池构成的条件是什么?

(2)在实验室里，用锌跟稀硫酸反应制取氢气时，为什么粗锌比纯锌反应快?为什么向稀硫酸中加入少量硫酸铜溶液能使制取氢气的反应加快?

(3)曾经有一位格林太太镶了一颗金牙，但有一次因意外事故，她的金牙旁边的一颗牙齿破碎，牙医为她补了一颗不锈钢牙，可是自那次事故以后，格林太太就留下了“后遗症”：经常头疼、夜间失眠、心情烦躁，拜访了很多当时的名医，使用了当时最先进的仪器，都无功而返，后来，一次偶然机会，她遇见了一位年轻的化学家，化学家很快就解除了她的烦恼，你想知道格林太太到底得了什么“怪病”，年轻的化学家用什么方法解除了格林太太的烦恼吗?

(4)有一银器因日久其表面生成了硫化银而变黑。现有一旧铝锅和足量的食盐水，你采用什么方法能使银器光泽复原?写出有关反应的电极方程式和电池反应式。(利用原电池原理将银器放在盛有足量食盐水的铝锅中，使之与锅底接触，这样就构成了一个铝为负极，硫化银为正极的原电池，放置一段时间后银器即可恢复光亮。负极：2Al-6e-==2Al3+，正极：3Ag2S+6e-==6Ag+3S2-。电池反应为：2Al+3Ag2S+6H2O==6Ag+3H2S↑+2Al(OH)3↓。)

13.电解池工作原理

实验原理：电解池是在外加电源的作用下，将电能转变成化学能的装置。电解池的工作原理是让电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)后在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程，从而实现电能到化学能的转化。

实验操作：(1)电解熔融NaCl。下图为电解熔融NaCl的装置，容器中盛有熔融的NaCl，两侧分别插入石墨片和铁片作为电极材料，且石墨，铁片分别与电源的正极、负极相连。

(2)电解CuCl2溶液。按下图中所示装置连接好仪器，在U形管中加入饱和氯化铜溶液，用石墨棒作电极，接通电源，电解数分钟后，观察阴极(与电源负极连接的石墨棒)表面的颜色，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极(与电源正极连接的石墨棒)上放出的气体。

实验现象及结论：(1)石墨电极上有气体放出，铁电极区有金属钠生成。在石墨阳极上，Cl-失去电子发生氧化反应：2Cl--2e-==Cl2↑，铁阴极上，Na+得到电子发生还原反应：2Na++2e-==2Na。说明在电流的作用下，熔融的NaCl发生氧化还原反应生成钠与氯气，电能转化为化学能。2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。

(2)石墨阴极上覆盖了一层红色物质;石墨阳极上有气泡产生，并可闻到刺激性的气味，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。石墨阴极上Cu2+比H+容易放电，发生还原反应：Cu2++2e-== Cu;石墨阳极上Cl-比OH-容易放电，发生氧化反应：2Cl--2e-==Cl2↑，Cl2+2KI==2KCl+I2，碘单质与淀粉变蓝。说明在电流的作用下，CuCl2溶液中的离子分别在阴阳极发生氧化还原反应生成铜与氯气，电能转化为化学能。CuCl2Cu+Cl2↑。

问题：(1)电解熔融NaCl和电解饱和氯化钠溶液有何区别?为什么?

(2)电解池与原电池有什么区别?请列表比较。电镀池与精炼池有什么区别?(以铁件镀铜与电解精炼铜为例进行比较)

(3)工业制镁是采用电解熔融氯化镁的方法。试分析电解熔融的MgCl2的原理，写出有关的电极反应式和总反应式。为什么不采用电解熔融氧化镁的方法制镁?而工业制铝却采用电解熔融氧化铝的方法，试分析电解熔融的Al2O3的原理，写出有关的电极反应式和总反应式。为什么不采用电解熔融氯化铝的方法制铝?

(4)从H+、Cu2+、Na+、Cl-、SO42-五种离子中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解(使用惰性电极电解)，①电解过程中溶液pH增大的有哪些?(电解质用化学式表示，下同)②电解过程中溶液pH减小的有哪些?③电解过程中溶液pH不变的有哪些?电解过程中溶液pH的变化有何规律?请小结。

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