高中 | 原电池工作原理 题目答案及解析

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选修四

第四章 电化学基础

第一节 原电池

原电池工作原理

$\rm 2023$年杭州亚运会期间使用的部分电子展示板中用到了一种可充电锌$\rm —$空气电池,该电池放电时的工作原理如下图所示。下列说法错误的是$(\qquad)$

已知:Ⅰ室溶液中,锌主要以${{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{6}} \right]}^{2+}}$的形式存在,并存在电离平衡${{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{6}} \right]}^{2+}}\underset{{}}{\overset{{}}{\mathop{\rightleftharpoons }}}\,{{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{5}}\left( \text{OH} \right) \right]}^{+}}+{{\text{H}}^{+}}$

["

放电时,Ⅰ室溶液中${{\\left[ \\text{Zn}{{\\left( {{\\text{H}}_{2}}\\text{O} \\right)}_{5}}\\left( \\text{OH} \\right) \\right]}^{+}}$浓度增大

","

放电时,若将Ⅱ室中的溶液换成海水,则一段时间后,可将海水适度淡化

","

充电时,$\\text{Zn}$电极附近可能有$\\text{C}{{\\text{l}}_{2}}$产生

","

充电时,每生成$0.2\\;\\rm \\text{mol}\\ {{\\text{O}}_{2}}$,Ⅲ室溶液质量理论上减少$24.8\\ \\text{g}$

"]
[["C"]]

该电池中,$\rm Zn$为负极失电子生成${{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{6}} \right]}^{2+}}$$\rm Pt/C$电极为正极,正极上$\rm O_{2}$得电子结合水生成氢氧根离子。Ⅱ室$\rm NaCl$溶液中钠离子通过阳离子交换膜进入Ⅲ室,Ⅱ室中氯离子通过阴离子交换膜进入Ⅰ室。

$\rm A$.放电时,锌作负极,失电子生成${{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{6}} \right]}^{2+}}$,溶液中${{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{6}} \right]}^{2+}}$浓度增大,电离平衡正向移动,${{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{5}}\left( \text{OH} \right) \right]}^{+}}$浓度增大,$\rm A$正确;

$\rm B$.放电时,电解质溶液中的阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,Ⅱ室中的$\text{N}{{\text{a}}^{+}}$通过阳离子交换膜进入Ⅲ室,Ⅱ室中的$\text{C}{{\text{l}}^{-}}$通过阴离子交换膜进入Ⅰ室,故海水可以得到淡化,$\rm B$正确;

$\rm C$.充电时,$\text{Zn}$电极为阴极,其电极反应为${{\left[ \text{Zn}{{\left( {{\text{H}}_{2}}\text{O} \right)}_{6}} \right]}^{2+}}+2{{\text{e}}^{-}}=\text{Zn}+6{{\text{H}}_{2}}\text{O}$,没有氯气生成,$\rm C$错误;

$\rm D$.充电时,$\text{Pt}/\text{C}$电极为阳极,电极反应式为$4\text{O}{{\text{H}}^{-}}-4{{\text{e}}^{-}}={{\text{O}}_{2}}\uparrow +2{{\text{H}}_{2}}\text{O}$,每生成$1\;\rm \text{mol}\ {{\text{O}}_{2}}$转移$4\;\rm \text{mol}$电子,同时有$4\ \text{mol\ N}\text{a}^{+}$通过阳离子交换膜进入Ⅱ室,Ⅲ室溶液质量理论上减少$32\ \text{g}+4\;\rm \text{mol}\times 23\ \text{g}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}=124\ \text{g}$,故充电时,每生成$0.2\;\rm \text{mol}\ {{\text{O}}_{2}}$,Ⅲ室溶液质量理论上减少$24.8\ \text{g}$$\rm D$正确;

故选:$\rm C$

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