化学反应中形成原电池为什么反应速率加快?能加快反应速率 但能增加生成物的量吗

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(17分)化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念,提高探究与创新能力,提升科学素养。(1)在实验室中用浓盐酸与MnO2共热制取Cl2并进行相关实验。①下列收集Cl2的正确装置是&&&&&。②将Cl2通入水中,所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是&&&&&&&&&&&&&&&&。③设计实验比较Cl2和Br2的氧化性,操作与现象是:取少量新制氯水和CCl4于试管中,&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&。(2)能量之间可以相互转化: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,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甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是&&&&&&,其原因是&&&&&&。(3)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(2)的材料中应选&&&&&&&&&作阳极。
题型:实验题难度:中档来源:不详
(1)①C(2分)&&②Cl2、HClO、ClO-(3分)③滴加NaBr溶液,振荡后静置,下层溶液呈红棕(或棕黄)色(3分,其他合理说法也给分)(2)①(3分,下列三种图像或其他合理画法均给分)②有红色固体析出,负极被腐蚀(1分,其他合理答案也给分)③甲(1分)&&电池乙的负极可与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(3分,其他合理解释也可得分)(3)锌片(1分)(1)①集气瓶中使用单孔橡胶塞紧,只能进气,不能排气,则瓶内气体压强增大到一定程度,可能爆炸等,A项错误;倒立的集气瓶中有双孔橡胶塞,由于氯气的密度比空气大,氯气从长导管中进,不会排出瓶内上部的空气,而是直接沉底,从短导气管中逸出,因此不能排出空气收集氯气,B项错误;正立的集气瓶中有双孔橡胶塞,由于氯气的密度比空气大,氯气从长导管中进,先沉底并将底部空气排出,短导气管排出的气体通过倒扣漏斗、NaOH溶液吸收处理,既防止倒吸又防止污染空气,C项正确;氯气与NaOH溶液能反应,即Cl2+2NaOH==NaClO+NaCl+H2O,因此不能用排NaOH溶液的方法收集氯气,D项错误;②氯气与水发生可逆反应,生成盐酸和次氯酸,即Cl2+H2OH++Cl-+HClO,所得氯水中含有三种分子四种离子,即H2O、Cl2、H+、Cl-、HClO、ClO-、OH-,其中具有强氧化性的含氯粒子是Cl2、HClO、ClO-;③Cl2、Br2都是卤素单质,都是非金属单质,比较非金属单质氧化性强弱时,通过氯气与溴化钠溶液能否发生在置换反应、反应后四氯化碳层是否是橙色,可以判断氯气和溴单质的氧化性强弱,即设计的实验方案为:取少量新制氯水和CCl4于试管中,滴入足量或适量NaBr(或KBr、HBr)溶液,振荡、静置,溶液分层,下层液体是橙色,说明氯气与溴化钠(或KBr、HBr)溶液发生置换反应或Cl2+2NaBr==2NaCl+Br2(或Cl2+2KBr==2KCl+Br2、Cl2+2HBr==2HCl+Br2),四氯化碳将生成的溴从水层萃取到下层,下层呈橙色,氯元素由0价将为—1价,溴元素由—1价降为0价,则Cl2是氧化剂,Br2是氧化产物,由于氧化剂的氧化性比氧化产物强,则氧化性:Cl2& Br2;(2)①根据题给条件和原电池的构成条件可得,带盐桥的原电池甲可以设计锌铜原电池(或铁铜原电池、锌铁原电池),由于外电路中电子从左移向右,说明左边烧杯中电极的金属活动性较强,则左、右两边烧杯中电极材料及电解质溶液可以为锌片和硫酸锌溶液、铜片和硫酸铜溶液(或者铁片和硫酸亚铁、铜片和硫酸铜溶液,锌片和硫酸锌溶液、铁片和硫酸亚铁溶液);②由于金属活动性:Zn&Fe&Cu,则原电池乙中铜片作正极,锌片或铁片作负极,工作一段时间后,负极金属锌或铁本身被腐蚀或被氧化,表面变黑,失去金属光泽,质量减轻,溶液中蓝色变浅;③甲、乙两种原电池都能将化学能转化为电能,其中带有盐桥的原电池甲中的负极金属锌和硫酸铜(或铁和硫酸铜)没有直接接触,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金属锌和硫酸铜(或铁和硫酸铜)直接接触,两者会直接发生置换反应,部分化学能会转化为热能,化学能不可能全部转化为电能【或无盐桥时,负极金属锌和硫酸铜(或铁和硫酸铜)直接接触,两者能直接发生置换反应而放热,化学能部分变为电能,部分变为热能】;(3)由牺牲阳极的阴极保护法可得,铁片作正极(阴极)时被保护,而铁作负极(阳极)时被腐蚀,为了减缓电解质溶液中铁片的腐蚀,在(2)的材料中应选择比铁活泼的锌片作负极(阳极),使铁片作正极(阴极),从而牺牲锌片保护铁片;不能选择铜片,因为铜作正极(阴极),而铁片作负极(阳极),此时铁片的腐蚀速率加快,而不是延缓。本题以元素化合物性质和实验知识为载体,考查考生对常见元素的单质和重要化合物的主要性质的掌握程度;考查考生气体收集方法、尾气处理装置的掌握情况;考查考生基本的实验操作技能和初步设计实验的能力以及分析、解决问题的能力;考查考生的创新能力和思维方法;考查考生对原电池构成条件和工作原理的理解程度,以及用图形正确表达分析结果的能力;考查考生对原电池负极反应现象的观察能力及其实验现象的表达能力;考查考生对有无盐桥对原电池中化学能转化为电能效率的评价及分析能力;考查考生对金属电化学防护的的理解;考查考生对元素化合物知识的综合应用能力;
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据魔方格专家权威分析,试题“(17分)化学实验有助于理解化学知识,形成化学观念,提高探究与创..”主要考查你对&&原电池原理的应用,原电池的形成条件,原电池原理&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下:
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原电池原理的应用原电池的形成条件原电池原理
原电池原理的应用:(1)根据形成原电池判断金属的活动性根据活泼金属为负极,不活泼金属为正极,可通过组成原电池判断金属活动性。 (2)形成原电池可以加快反应速率纯锌与稀H2SO4反应速率较慢,当加入CuSO4溶液以后,反应速率加快,因为Zn+Cu2+=Cu+Zn2+析出的Cu与Zn接触,在稀H2SO4中形成原电池,加快反应速率。 (3)根据原电池原理可以判断电池的正负极、电解质溶液、判断溶液pH的变化 (4)根据原电池原理可以保护金属不被腐蚀 (5)判断金属腐蚀程度的快慢 &原电池原理的应用:
1.比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知,在原电池反应过程中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或能导电的非金属)作正极。若有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A极溶解,而B 极上有气体放出,说明在原电池工作过程中,A被氧化成阳离子而失去电子作负极,B作正极,则金属A的金属活动性比B强。 2.加快氧化还原反应的速率因为形成原电池后,产生电位差,使电子的运动速率加快,从而使反应速率增大,如Zn与稀H2SO4反应制氧气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu—Zn原电池,加快反应速率 3.用于金属的防护要保护一个铁制闸门,可用导线将其与一锌块相连,使锌作原电池的负极,铁制闸门作正极。 4.设计制作化学电源设计原电池时要紧扣构成原电池的条件。 (1)首先要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应: (2)然后根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料(一般负极就是失电子的物质,正极用比负极活泼性差的金属或导电的非金属)及电解质溶液: ①电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者能与电极产物发生反应。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在铜一锌一硫酸铜构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有 Zn2+“的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2+的溶液中. ②电极材料的选择在原电池中,选择较活泼的金属或还原性较强的物质作为负极,较不活泼的金属或能导电的非金属或氧化性较强的物质作为正极。一般,原电池的负极能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。 (3)举例根据以下反应设计原电池:原电池的构成条件:&(1)活泼性不同的两个电极。 (2)电解质溶液,一般能与较活泼金属自发地进行氧化还原反应。 (3)形成闭合回路。原电池中盐桥的作用:盐桥中的盐溶液是电解质溶液(通常装有含琼胶的KCl饱和溶液),能使两烧杯中的溶液连成一个通路。通过盐桥中阴、阳离子的定向移动(阳离子移向正极,阴离子移向负极)维持两个半电池的电中性,以使原电池连续工作。盐桥将氧化还原反应的两个半反应隔开进行,能提高原电池的工作效率,减缓电流衰减。原电池:1.定义:将化学能转化为电能的装置。2.工作原理:以铜-锌原电池为例(1)装置图:(2)原理图:3.实质:化学能转化为电能。 4.构成前提:能自发地发生氧化还原反应。 5.电极反应:负极:失去电子;氧化反应;流出电子正极:得到电子;氧化反应;流入电子6.原电池正负极判断的方法: ①由组成原电池的两级材料判断,一般是活泼金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ②根据电流方向或电子流动方向判断,电流是由正极流向负极,电子流动方向是由负极流向正极。 ③根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向,在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。 ④根据原电池两级发生的变化来判断,原电池的负极总是失电子发生氧化反应,正极总是得电子发生还原反应。 ⑤X极增重或减重:X极质量增加,说明溶液中的阳离子在X极(正极)放电,反之,X极质量减少,说明X极金属溶解,X极为负极。 ⑥X极有气泡冒出:发生可析出氢气的反应,说明X极为正极。 ⑦X极负极pH变化:析氢或吸氧的电极发生反应后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,X极附近的pH增大,说明X极为正极。&原电池中的电荷流动:
在外电路(电解质溶液以外),电子(负电荷)由负极经导线(包括电流表和其他用电器)流向正极,使负极呈正电性趋势、正极呈负电性趋势。在内电路(电解质溶液中),阳离子(带正电荷)向正极移动,阴离子 (带负电荷)向负极移动。这样形成了电荷持续定向流动,电性趋向平衡的闭合电路。
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为什么形成原电池能加快反应速率
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以铜锌做两极,稀硫酸做电解质溶液的原电池为例:如果直接将锌放入稀流酸中,氢离子要在锌板表面得电子,变为氢气逸了,同时锌被氧化成锌离子从锌板上脱落,氢离子和锌离子都带正电,相排拆,所以氢离子不易直接连续从锌板上得电子;而构成原电池后,氢离子在铜板上得电子,就解决了这一矛盾.因而加快了反应速率.还有:两极的电势差还有助于电子的转移,也对加快反应速率起做用.
以铜锌做两极,稀硫酸做电解质溶液的原电池为例:如果直接将锌放入稀流酸中,氢离子要在锌板表面得电子,变为氢气逸了,同时锌被氧化成锌离子从锌板上脱落,氢离子和锌离子都带正电,相排拆,所以氢离子不易直接连续从锌板上得电子;而构成原电池后,氢离子在铜板上得电子,就解决了这一矛盾.因而加快了反应速率.还有:两极的电势差还有助于电子的转移,也对加快反应速率起做用。
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为什么形成原电池能加快化学反应速率
【摘要】:在电化学理论的实际教学中,学生对"形成原电池可以加快化学反应速率"的原因比较好奇,而教师对该问题的处理往往采取回避态度,使学生不能解惑,故本文就此问题做了一些解释,希望有助于实际教学,以提高学生学习积极性。
【作者单位】:
【分类号】:O646
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6.下列说法正确的是(  )A.Cu、Zn、H2SO4形成的原电池装置中,H2主要在Zn电极产生B.往Fe和稀硫酸反应的装置中,加入少量CuSO4粉末,可加快产生H2的速率C.2个氢原子变成1个氢气分子的过程中会放出一定的热量,是因为在相同条件下1个氢气分子具有的能量比2个氢原子的能量高D.化学变化中伴随着化学键的断裂和形成,物理变化中一定没有化学键的断裂和形成
分析 A.原电池中正极上氢离子得电子生成氢气;B.形成原电池能加快反应速率;C.1个氢气分子具有的能量比2个氢原子的能量低;D.电解质的电离过程中存在化学键的断裂,离子晶体从溶液中析出时形成化学键.解答 解:A.Cu、Zn、H2SO4形成的原电池装置中,Cu为正极,正极上氢离子得电子生成氢气,则H2主要在Cn电极产生,故A错误;B.往Fe和稀硫酸反应的装置中,加入少量CuSO4粉末,Cu、Fe、H2SO4形成的原电池装置,形成原电池能加快反应速率,故B正确;C.氢原子不稳定,氢分子稳定,则1个氢气分子具有的能量比2个氢原子的能量低,故C错误;D.电解质的电离过程中存在化学键的断裂,离子晶体从溶液中析出时形成化学键,这两个过程都是物理变化,但是存在化学键的断裂或形成,故D错误.故选B.点评 本题考查了原电池原理、化学键、化学反应与能量,题目难度不大,侧重于基础知识的考查,试题培养了学生的灵活应用能力.
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化学反应为什么形成原电池后反应速率会加快
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对于这个问题,我高中的时候从来没有听说过,到了大三听张文华老师的中学化学实验研究课时第一次听说,而她也只是提了一下说反应速率加快,并且说大家都知道,下来问同学才发现,这个问题并不是所有人都清楚,在郑外实习时,听曾老师讲解了这个问题,又结合自己所思考和同学讨论,现在总结如下: 以Zn与稀硫酸反应,当加入Cu后为什么反应速率加快为例. 原因1、如果没有加入Cu,那么锌片直接与稀硫酸反应,生成氢气.在这个反应中,Zn失去电子,氢离子得到电子,发生氧化还原反应.那我们分析一下这个过程.Zn失去电子后,因为电子不能进入溶液(溶液电阻较大)而聚集在Zn片上,而Zn变成了锌离子,锌离子进入溶液并在溶液中移动,远离锌片周围.这可细分为两个过程:Zn失去电子变成锌离子,锌离子离开锌片周围.而前一个过程比后一个过程要快,所以在锌片周围就会形成相当于电子在内,锌离子在外的一层薄膜.氢离子要想得到电子,就必须通过这层锌离子膜,而锌离子与氢离子又相互排斥,所以氢离子通过这层锌离子膜得到电子的速率就会减慢,反应速率也就相应的较慢.如果加入铜片,就会形成原电池.电子就会转移到Cu片表面,而氢离子得到电子就不需经过锌离子膜,这样失电子和得电子在两个不同的地方,反应速率自然加快.就好像公交车上,如果留一个门,既上又下,必定拥塞,速率慢,如果前门上,后门下,速率就自然提高. 原因2、发生氧化还原反应的实质就是电子的转移,如果要提高反应速率,那么方法之一就是提高电子转移速率.如果形成原电池,那么就会有电势差形成,电子在电势差的作用下,移动速率比未形成电势差时要快,所以氧化还原反应速率就会加快. 至于有些人提到的形成原电池需要两个不同的电极,两电极的导电性不同,(可把导电性不同,看作是电子转移速率不同),所以化学反应速率加快.这样解释有个前提是新增加的电极的导电性比原来电极的导电性强.比如上面的那个例子,可以运用金属导电性不同来解释,因为Cu的导电能力比Zn强.但是如果加入Fe呢,也形成了原电池,反应速率也加快了,而Fe的导电能力却比Zn弱.所以我个人觉得这种解释不是很准确. 以上均为个人观点,如有误,望订正.
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