内容正文:
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专题1 化学反应与
能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
第1课时 原电池的工作
原理
1.能分析原电池的构成及工作原理。2.能设计具有一定功能的简单原电池。3.能正确判断原电池的正、负极,并能书写原电池的电极反应式。
2
学习理解
01
课时作业
04
目录
CONTENTS
探究应用
02
总结提升
03
学习理解
1.原电池的定义
将_______转化为_____的装置叫做原电池。
2.原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)
化学能
电能
逐渐溶解
装置
现象 锌片________,铜片上有_____________,电流表指针发生____
红色物质生成
偏转
学习理解
5
电极名称 Zn电极—___极 Cu电极—___极
得失电子 ___电子 ___电子
电子流向 由___极流向___极
电流方向 由___极流向___极
反应类型 _____反应 _____反应
电极反应式 _______________ ________________
总反应式 _____________________
负
正
失
得
负
正
正
负
氧化
还原
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
学习理解
6
盐桥中通常装有含____________的琼脂。在反应中,盐桥中的____移向ZnSO4溶液,____移向CuSO4溶液,使两电解质溶液均保持电中性,氧化还原反应得以继续进行。
KCl饱和溶液
Cl-
K+
学习理解
7
判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应。( )
(2)原电池中电流的方向是负极→导线→正极。( )
(3)原电池中负极发生的反应是还原反应。( )
(4)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极。( )
(5)在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极。( )
(6)所有的氧化还原反应都能设计成原电池。( )
×
√
×
×
×
×
学习理解
8
探究应用
知识点一 原电池的工作原理
1.原电池的构成条件
(1)一般具有两个活泼性不同的电极:两种金属或金属与导电非金属(如石墨)。
(2)合适的电解质溶液(或熔融电解质)。
(3)形成闭合回路。
(4)能自发地发生氧化还原反应。
探究应用
10
2.原电池的工作原理分析
探究应用
11
3.原电池正负极的判断
探究应用
12
4.电极反应式的书写步骤
探究应用
13
5.含盐桥原电池的特点及优点
(1)特点
两个烧杯中液体靠盐桥连接,且电极材料与相应容器中的电解质溶液的阳离子一般要相对应。
(2)盐桥的作用
平衡电荷、构成闭合回路,若撤去盐桥或将盐桥换成导线,则不能构成闭合回路,不能形成原电池。
(3)优点
含盐桥的原电池与不含盐桥的原电池相比,效率高且电流平稳,放电时间长。
探究应用
14
1.根据下图,判断下列说法中错误的是( )
A.导线上电子由Ag极流向石墨极
B.负极电极反应式:Fe3++e-===Fe2+
C.盐桥中阴离子移向AgNO3溶液
D.电池反应为Fe3++Ag===Fe2++Ag+
解析:负极是银极,银失去电子生成银离子。
探究应用
15
2.分析下列两个原电池装置,完成下列问题:
(1)甲装置中正极为____,电极反应式为
_______________,负极为____,电极反应式
为________________。
(2)乙装置中正极为____,电极反应式为_________________________,负极为____,电极反应式为_______________________________。
Al
Mg
Mg
Al
解析:(2)乙装置中Al能与NaOH溶液反应,而Mg与NaOH溶液不反应,所以Al作负极,Mg作正极。
探究应用
16
知识点二 原电池工作原理的应用
1.比较金属的活动性强弱
有两种金属a和b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。根据电极反应现象判断出a是负极,b是正极,因此,金属活动性a>b。
2.加快化学反应速率
例证:实验室利用锌和稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。
原理:锌与置换出的铜及稀硫酸构成原电池,使产生氢气的速率加快。
探究应用
17
探究应用
18
(2)确定电极材料
发生氧化反应的物质若为金属单质,可用该金属直接作负极;若为气体(如H2),可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。
发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。
本例可用铁棒作负极,用铜棒作正极。
(3)确定电解质溶液
电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。
探究应用
19
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。
本例可用CuSO4溶液作电解质溶液。
(4)构成闭合回路:将电极用导线连接,使之构成闭合回路。
(5)图示
探究应用
20
解析:由①知,金属活动性M>N;M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面产生气泡,M作原电池正极,活动性P>M;N、E构成的原电池中N作负极,活动性N>E。
探究应用
21
4.某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示
的原电池。请回答下列问题:
(1)若X是AlCl3溶液,Y是稀硫酸,写出电极名称及电
极反应:
Al片( )_______________;
Cu片( )________________。
(2)若X是浓硝酸,Y是NaCl溶液,写出电极名称及电极反应:
Al片( )___________________________;
Cu片( )________________。
负极
正极
正极
负极
探究应用
22
总结提升
本课总结
自我反思:﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
总结提升
24
1.对于原电池的电极名称,叙述错误的是( )
A.发生氧化反应的一极为负极
B.正极为电子流入的一极
C.比较不活泼的金属为负极
D.电流流出的一极为正极
随堂提升
总结提升
25
2.选用稀H2SO4、Fe2(SO4)3溶液、铁棒、铜棒、铂棒,组成如
图所示的原电池装置(只有两个电极),观察到电流计的指针均明显
偏转,则其可能的组合共有( )
A.6种 B.5种
C.4种 D.3种
解析:符合条件的原电池组合有①铁棒、铜棒、稀H2SO4;②铁棒、铜棒、Fe2(SO4)3溶液;③铁棒、铂棒、稀H2SO4;④铁棒、铂棒、Fe2(SO4)3溶液;⑤铜棒、铂棒、Fe2(SO4)3溶液。
总结提升
26
3.a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀硫酸,将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中,同时向a中加入少量CuSO4溶液,下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是( )
总结提升
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4.以锌片和铜片为两极,以稀硫酸为电解质溶液组成原电池,当导线中通过2 mol电子时,下列说法正确的是( )
A.锌片溶解了1 mol,铜片上析出1 mol H2
B.两极上溶解和析出的物质的质量相等
C.锌片溶解了31 g,铜片上析出了1 g H2
D.锌片溶解了1 mol,硫酸消耗了0.5 mol
总结提升
28
5.由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如
图所示。
(1)原电池的负极反应式是________________,正极
反应式是________________。
(2)外电路中电流的方向是________________。
(3)一段时间后,当在铜片上放出2.24 L(标准状况)气体时,H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗_____g锌,此时转移的电子的物质的量为________,原硫酸的物质的量浓度是_____________(设溶液体积不变)。
由Cu极流向Zn极
6.5
0.2 mol
1.0 mol·L-1
总结提升
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总结提升
30
课时作业
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课时作业
32
2.下列说法正确的是( )
A.原电池中,负极上发生的反应是还原反应
B.原电池中,电流的方向是负极—导线—正极
C.双液原电池中的盐桥是为了连通电路,所以也可以用金属导线代替
D.在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极
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课时作业
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3.下列关于如图所示的原电池的说法正确的是( )
A.当a为Cu,b为含有碳杂质的Al,c为稀硫酸时,b极上观
察不到气泡产生
B.当a为石墨,b为Fe,c为浓硫酸时,不能产生连续的稳定
电流
C.当a为Mg,b为Al,c为NaOH溶液时,根据现象可推知Al的活动性强于Mg
D.当a为石墨,b为Cu,c为FeCl3溶液时,a、b之间没有电流通过
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课时作业
40
8.某化学兴趣小组利用反应Zn+2FeCl3===ZnCl2+2FeCl2,设计了如图所示的原电池装置,下列说法正确的是( )
A.Zn为负极,发生还原反应
B.b电极反应式为2Fe3++2e-===2Fe2+
C.电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极
D.电池的正极材料可以选用石墨、铂电极,也可以用铜
解析:根据Cl-的移动方向可知,b电极为负极,a电极为正极,根据电池反应式可知,Zn发生失电子的氧化反应,即b电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,A、B错误;电子流动方向是b电极→导线→a电极,C错误。
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课时作业
41
9.将洁净的金属片甲、乙、丙、丁分别放置在浸有某种盐溶液的滤纸上面并压紧(如图所示)。在每次实验时,记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下表:(已知构成两电极的金属其金属活泼性相差越大,电压表的读数越大。)
金属 电子流动方向 电压/V
甲 甲→Cu +0.78
乙 Cu→乙 -0.15
丙 丙→Cu +1.35
丁 丁→Cu +0.30
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课时作业
42
依据记录数据判断,下列结论中正确的是( )
A.金属乙能从硫酸铜溶液中置换出铜
B.甲、乙形成合金时,将该合金放置在空气中,甲先被腐蚀
C.在四种金属中乙的还原性最强
D.甲、丁若形成原电池时,甲为正极
解析:金属片为甲时,电子由甲→Cu,说明甲为负极,Cu为正极,即金属活动性:甲>Cu;同理,根据电子流向,可以得出金属活动性:Cu>乙,丙>Cu,丁>Cu;再结合题意及电压表的读数可知,金属活动性:丙>甲>丁>Cu>乙,由此可知,A、C、D均错误,B正确。
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课时作业
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11. 某科学家将吸有食盐水的湿抹布夹在银板和锌板
的圆形板中间,堆积成圆柱状,制造出最早的电池——伏打
电池。下列叙述正确的是( )
A.该电池中电子由银极经导线流向锌极
B.银极上消耗2.24 L(标准状况下)氧气时,转移0.4 mol
电子
C.若用稀硫酸替代食盐水,则在正极放电的物质不变
D.该电池负极的电极反应式为Zn+2OH-+2e-===Zn(OH)2
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课时作业
46
解析:锌比银活泼,锌极是电池的负极,银极是电池的正极,电子由负极流向正极,A错误;银是电池的正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,银极上消耗2.24 L
(标准状况下)氧气时,消耗氧气的物质的量为0.1 mol,转移0.4 mol电子,B正确;若用稀硫酸替代食盐水,银是电池的正极,电极反应为2H++2e-===H2↑,C错误;锌是电池的负极,在负极Zn失电子,D错误。
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课时作业
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二、非选择题
13.能源是现代社会发展的三大支
柱之一, 化学在提高能源的利用率和开
发新能源中起到了重要的作用。 电能是
现代社会中应用最广泛的二次能源。
(1)下列装置中能够实现化学能转化为电能的是____(填字母)。
(2)写出所选装置正极反应的电极反应式:_________________。
(3)所选装置中溶液里的阴离子移向_____(填电极的化学式)极。
(4)若所选装置中转移了0.2 mol电子,则理论上溶液增加的质量是______。
C
2H++2e-===H2↑
Zn
6.3 g
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课时作业
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Cu
AgNO3溶液
正
2Ag++2e-===2Ag
Cu-2e-===Cu2+
Cu
Ag
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课时作业
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B
能
能
解析:(5)CuSO4溶液主要起导电作用,可以被其他不与Cu反应的电解质溶液代替。正极本身不参与反应,只要是活泼性比Cu差的金属或能导电的非金属电极均可以,故Ag电极能被石墨代替。
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课时作业
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15.现有A、B、C、D和Fe五种金属片,将其分别用导线连接后浸入稀硫酸中(如图),每次实验时,通过灵敏电流计测出电子流动方向如下。
根据上述情况,回答下列问题:
(1)上述五种金属的活动性顺序由强到弱为______________。
D>C>A>Fe>B
实验分组 所用金属 电子流向
① A、Fe A→Fe
② C、D D→C
③ A、C C→A
④ B、Fe Fe→B
⑤ …… ……
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课时作业
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(2)在①中,Fe片上观察到的现象是________________。
(3)在②中,溶液中H+向金属片____(填“C”或“D”)移动。
(4)如果实验⑤用B、D,则导线中电流方向为_______(填“B→D”或“D→B”)。
(5)已知反应:Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+。请用下列试剂和材料,用上图所示装置,将此反应设计成原电池。
试剂:CuCl2溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、双氧水、NaOH溶液。
材料:Cu片、Fe片、石墨棒。
设计单液原电池应选用的试剂和材料是________________________;设计双液原电池应选用的试剂和材料是__________________________________(已含盐桥)。
有无色气泡生成
C
B→D
FeCl3溶液、Cu片、石墨棒
FeCl3溶液、CuCl2溶液、Cu片、石墨棒
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课时作业
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R
6H2O+6e-===3H2↑+6OH-
2Al-6e-+8OH-===2AlOeq \o\al(-,2)+4H2O
2H++2e-===H2↑
Mg-2e-===Mg2+
3.设计原电池
以Fe+Cu2+===Fe2++Cu为依据,设计一个原电池。
(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应式。
本例的电极反应式为
负极:Fe-2e-===Fe2+,
正极:Cu2++2e-===Cu。
3.M、N、P、E四种金属:①可发生反应:M+N2+===N+M2+ ②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡 ③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-===E,N-2e-===N2+。四种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A.P、M、N、E
B.E、N、M、P
C.P、N、M、E
D.E、P、M、N
Cu-2e-===Cu2+
Al-3e-===Al3+
2H++2e-===H2↑
NOeq \o\al(-,3)+2H++e-===NO2↑+H2O
Zn-2e-===Zn2+
2H++2e-===H2↑
解析:(3)当正极上放出2.24 L(标准状况)氢气时,则有:
Zn + H2SO4===ZnSO4+H2↑ ~ 2e-
65 g 1 mol 22.4 L 2 mol
m n(H2SO4) 2.24 L n(e-)
列比例式,计算可得:m=6.5 g,n(H2SO4)=0.1 mol,n(e-)=0.2 mol,c(H2SO4)=eq \f(0.1 mol×2,0.2 L)=1.0 mol·L-1。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.下列有关电化学知识的描述正确的是( )
A.反应CaO+H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,将化学能转化为电能
B.某原电池反应为Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥中可装含琼胶的KCl饱和溶液
C.原电池的两极一定是活泼性不同的两种金属
D.理论上,任何能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池
4.按下图装置实验,若x轴表示流出负极的电
子的物质的量,则y轴应表示( )
①c(Ag+) ②c(NOeq \o\al(-,3)) ③a棒的质量 ④b棒的
质量 ⑤溶液的质量
A.①③⑤
B.③④
C.①②④
D.②
解析:在这个原电池中,负极:Fe-2e-===Fe2+,使a棒质量减轻;正极:
Ag++e-===Ag,使b棒增重,溶液中c(NOeq \o\al(-,3))不变;反应过程中每溶解56 g铁,析出216 g银,故溶液质量减轻。
5. 在如图装置中,观察到图1装置中铜
电极上产生大量无色气泡,而图2装置中铜电
极上无气泡产生,铬电极上产生大量有色气泡。
下列叙述不正确的是( )
A.图1装置中Cu电极上电极反应式是2H++2e-===H2↑
B.图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+
C.图2装置中Cr电极上电极反应式为NOeq \o\al(-,3)+e-+2H+===NO2↑+H2O
D.两个装置中,电子均由Cr电极经导线流向Cu电极
解析:图1装置中铜电极上产生大量的无
色气泡,说明铬为负极,铜为正极,正极上析
出H2,电极反应式是2H++2e-===H2↑,A正
确;图2装置中铜电极上无气泡产生,铬电极
上产生大量有色气泡,说明铜被氧化,应为负极,电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,B正确;图2装置中铬电极上产生大量有色气泡,说明正极上硝酸被还原生成NO2,电极反应式为NOeq \o\al(-,3)+e-+2H+===NO2↑+H2O,C正确;图1中电子由Cr电极经导线流向Cu电极,图2中电子由Cu电极经导线流向Cr电极,D错误。
6.某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( )
A.电池工作中,盐桥中的Cl-向负极移动
B.负极反应式:2H++2e-===H2↑
C.工作一段时间后,两烧杯中溶液pH均不变
D.Fe作正极,发生氧化反应
解析:铁作负极:Fe-2e-===Fe2+,正极反应式为2H++2e-===H2↑,故B、D错误;左烧杯中pH基本不变,右烧杯中消耗H+,c(H+)减小,pH增大,故C错误。
7.根据如图所示装置判断,下列说法
正确的是( )
A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应式均为
Fe-2e-===Fe2+
B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应式均为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.放电过程中,装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
D.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
解析:装置Ⅰ中的Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,A错误;装置Ⅱ的Cu为正极,正极反应式为2H++2e-===H2↑,B错误;原电池中阳离子向正极移动,故装置Ⅰ中盐桥中的阳离子移向左侧烧杯,装置Ⅱ中盐桥中的阳离子移向右侧烧杯,D错误。
10.依据Cd(Hg)+Hg2SO4===3Hg+Cd2++SOeq \o\al(2-,4)
反应原理,设计出韦斯顿标准电池,其简易装置如图。
下列有关该电池的说法正确的是( )
A.电池工作时Cd2+向电极B移动
B.反应中每生成a mol Hg转移2a mol电子
C.电极B上发生的反应:Cd(Hg)-4e-===Hg2++Cd2+
D.电极A上发生的反应:Hg2SO4+2e-===2Hg+SOeq \o\al(2-,4)
解析:根据反应原理分析,Cd(Hg)为合金材料,
金属的化合价均为0,其中的Cd失去电子,电极B
作负极,发生的电极反应为Cd(Hg)-2e-===Cd2++
Hg;而Hg2SO4得到电子,电极A作正极,电极反应
为Hg2SO4+2e-===2Hg+SOeq \o\al(2-,4)。原电池中,阳离子向正极移动,则Cd2+向电极A移动,A错误;根据反应原理:Cd(Hg)+Hg2SO4===3Hg+Cd2++SOeq \o\al(2-,4),每生成3 mol Hg转移2 mol电子,则每生成a mol Hg转移eq \f(2,3)a mol电子,B错误;由上述分析可知,C错误,D正确。
12.某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O,盐桥中装有含K2SO4饱和溶液的琼脂,如图所示。下列叙述中正确的是( )
A.乙烧杯中发生还原反应
B.甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
C.电池工作时,盐桥中的SOeq \o\al(2-,4)移向甲烧杯
D.外电路的电流方向是从a到b
解析:由2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===
2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O可知,Mn
元素的化合价降低,得到电子,Fe元素的化合
价升高,失去电子,则乙烧杯中石墨为负极,甲
烧杯中石墨为正极。乙烧杯中Fe2+失电子发生氧化反应,故A错误;甲烧杯中MnOeq \o\al(-,4)得电子发生还原反应,电极反应式为MnOeq \o\al(-,4)+8H++5e-===Mn2++4H2O,因消耗H+而使溶液pH增大,故B错误;在原电池内电路中,阴离子向负极移动,则盐桥中的SOeq \o\al(2-,4)移向乙烧杯,故C错误。
14.根据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示,其中盐桥内装琼脂-饱和KNO3溶液。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是_____;电解质溶液Y是____________。
(2)银电极为电池的_____极,写出两电极的电极反应式:
银电极:____________________;
X电极:___________________。
(3)外电路中的电子是从_____电极流向_____电极。(填电极材料)
(4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是_____(填字母)。
A.K+
B.NOeq \o\al(-,3)
C.Ag+
D.SOeq \o\al(2-,4)
(5)其中CuSO4溶液_____(填“能”或“不能”,下同)被H2SO4
(稀)溶液代替,Ag电极_____被石墨代替。
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