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12.原電池的工作原理

實驗原理：原電池是利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。原電池的工作原理是將氧化還原反應(yīng)的氧化反應(yīng)，還原反應(yīng)分別在兩極上進行，還原劑在負極被氧化，失去的電子通過導(dǎo)線傳遞給正極，氧化劑在正極被還原，得到電子，從而實現(xiàn)化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化。

實驗操作：(1)將鋅片與銅片平行插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。(2)用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。(3)在導(dǎo)線中間接入一個電流計，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。如圖所示。

稀硫酸

實驗現(xiàn)象及結(jié)論：(1)鋅片溶解，鋅片上有氣泡產(chǎn)生。銅片上無氣泡。因為Zn比Cu活潑，Cu不能和稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，而Zn可以置換出硫酸中的氫：Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑。

(2)銅片上有氣泡產(chǎn)生。因為Zn比Cu活潑，容易失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電子沿導(dǎo)線流向銅片，電子流進銅片后，溶液中的氫離子在銅片上得到電子產(chǎn)生氫氣，發(fā)生還原反應(yīng)，因而銅片上有氣泡產(chǎn)生。

(3)電流計指針有偏轉(zhuǎn)。說明導(dǎo)線上有電子流過。

裝置中，鋅片(負極)發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn-2e-==Zn2+，銅片(正極)發(fā)生還原反應(yīng)，2H++2e-==H2↑。電子由負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，整個電路形成回路，產(chǎn)生電流，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�。這就是原電池的工作原理。

總反應(yīng)方程式：Zn+2H+==Zn2++H2↑。

問題：(1)如果將上述實驗中的“稀硫酸”改為“CuSO4溶液”，其他不變，能否構(gòu)成原電池?如果再用比鋅活潑的鎂代替銅片，再用ZnSO4溶液代替CuSO4溶液與鋅片組成原電池，鋅片上將發(fā)生怎樣的電極反應(yīng)?如果將鋅片置于盛有ZnSO4溶液的燒杯中，將銅片根置于盛有CuSO4溶液的燒杯中，分別構(gòu)成兩個電極，外電路仍用導(dǎo)線連接，并通過鹽橋?qū)�兩個隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，能否構(gòu)成原電池?根據(jù)上述實驗探究，你認為原電池構(gòu)成的條件是什么?

(2)在實驗室里，用鋅跟稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時，為什么粗鋅比純鋅反應(yīng)快?為什么向稀硫酸中加入少量硫酸銅溶液能使制取氫氣的反應(yīng)加快?

(3)曾經(jīng)有一位格林太太鑲了一顆金牙，但有一次因意外事故，她的金牙旁邊的一顆牙齒破碎，牙醫(yī)為她補了一顆不銹鋼牙，可是自那次事故以后，格林太太就留下了“后遺癥”：經(jīng)常頭疼、夜間失眠、心情煩躁，拜訪了很多當(dāng)時的名醫(yī)，使用了當(dāng)時最先進的儀器，都無功而返，后來，一次偶然機會，她遇見了一位年輕的化學(xué)家，化學(xué)家很快就解除了她的煩惱，你想知道格林太太到底得了什么“怪病”，年輕的化學(xué)家用什么方法解除了格林太太的煩惱嗎?

(4)有一銀器因日久其表面生成了硫化銀而變黑�，F(xiàn)有一舊鋁鍋和足量的食鹽水，你采用什么方法能使銀器光澤復(fù)原?寫出有關(guān)反應(yīng)的電極方程式和電池反應(yīng)式。(利用原電池原理將銀器放在盛有足量食鹽水的鋁鍋中，使之與鍋底接觸，這樣就構(gòu)成了一個鋁為負極，硫化銀為正極的原電池，放置一段時間后銀器即可恢復(fù)光亮。負極：2Al-6e-==2Al3+，正極：3Ag2S+6e-==6Ag+3S2-。電池反應(yīng)為：2Al+3Ag2S+6H2O==6Ag+3H2S↑+2Al(OH)3↓。)

13.電解池工作原理

實驗原理：電解池是在外加電源的作用下，將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置。電解池的工作原理是讓電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))后在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程，從而實現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。

實驗操作：(1)電解熔融NaCl。下圖為電解熔融NaCl的裝置，容器中盛有熔融的NaCl，兩側(cè)分別插入石墨片和鐵片作為電極材料，且石墨，鐵片分別與電源的正極、負極相連。

(2)電解CuCl2溶液。按下圖中所示裝置連接好儀器，在U形管中加入飽和氯化銅溶液，用石墨棒作電極，接通電源，電解數(shù)分鐘后，觀察陰極(與電源負極連接的石墨棒)表面的顏色，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗陽極(與電源正極連接的石墨棒)上放出的氣體。

實驗現(xiàn)象及結(jié)論：(1)石墨電極上有氣體放出，鐵電極區(qū)有金屬鈉生成。在石墨陽極上，Cl-失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cl--2e-==Cl2↑，鐵陰極上，Na+得到電子發(fā)生還原反應(yīng)：2Na++2e-==2Na。說明在電流的作用下，熔融的NaCl發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鈉與氯氣，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。

(2)石墨陰極上覆蓋了一層紅色物質(zhì);石墨陽極上有氣泡產(chǎn)生，并可聞到刺激性的氣味，該氣體能使?jié)駶櫟牡饣�鉀淀粉試紙變藍。石墨陰極上Cu2+比H+容易放電，發(fā)生還原反應(yīng)：Cu2++2e-== Cu;石墨陽極上Cl-比OH-容易放電，發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cl--2e-==Cl2↑，Cl2+2KI==2KCl+I2，碘單質(zhì)與淀粉變藍。說明在電流的作用下，CuCl2溶液中的離子分別在陰陽極發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅與氯氣，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。CuCl2Cu+Cl2↑。

問題：(1)電解熔融NaCl和電解飽和氯化鈉溶液有何區(qū)別?為什么?

(2)電解池與原電池有什么區(qū)別?請列表比較。電鍍池與精煉池有什么區(qū)別?(以鐵件鍍銅與電解精煉銅為例進行比較)

(3)工業(yè)制鎂是采用電解熔融氯化鎂的方法。試分析電解熔融的MgCl2的原理，寫出有關(guān)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。為什么不采用電解熔融氧化鎂的方法制鎂?而工業(yè)制鋁卻采用電解熔融氧化鋁的方法，試分析電解熔融的Al2O3的原理，寫出有關(guān)的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。為什么不采用電解熔融氯化鋁的方法制鋁?

(4)從H+、Cu2+、Na+、Cl-、SO42-五種離子中選出兩種離子組成電解質(zhì)，按下列要求進行電解(使用惰性電極電解)，①電解過程中溶液pH增大的有哪些?(電解質(zhì)用化學(xué)式表示，下同)②電解過程中溶液pH減小的有哪些?③電解過程中溶液pH不變的有哪些?電解過程中溶液pH的變化有何規(guī)律?請小結(jié)。