【Editorial Renmin】Química de Secundaria, Electiva Obligatoria, Primer Libro: La fuente de energía de la civilización moderna: conversión de energía química y eléctrica

Imagina en la superficie silenciosa de Marte,Zhurong¿cómo sobrevive y mantiene su funcionamiento durante las frías noches? La respuesta se esconde en los saltos electrónicos del mundo microscópico—electroquímica.

La electroquímica es la ciencia que estudia las leyes de conversión entre energía química y eléctrica. Se basa en el movimiento dirigido de electrones durante reacciones redox para lograr la liberación y almacenamiento controlados de energía. En los sistemas energéticos modernos, esta conversión se manifiesta en dos formas básicas:

Teoremas y lógica fundamentales

Espontaneidad y control: Las celdas galvánicas convierten directamente la energía de enlace químico en energía cinética de electrones (energía eléctrica) mediante reacciones redox espontáneas, logrando una liberación instantánea de energía.
Acción y almacenamiento: Las celdas electrolíticas utilizan corriente externa para forzar reacciones no espontáneas, reencerrando la energía cinética de los electrones en enlaces químicos, completando así el almacenamiento de energía.
Ecosistema cerrado: Este intercambio de 'energía de enlace químico ↔ energía cinética de electrones' no solo impulsa nuestros teléfonos móviles y vehículos eléctricos, sino que también constituye la base de la metalurgia eléctrica, la protección contra la corrosión metálica y la economía futura del hidrógeno.

PREGUNTA 1

[Pregunta corta] Con residuos plomíferos de baterías de plomo-ácido usadas y $H_2SO_4$ como materia prima, se puede preparar PbO de alta pureza. En este proceso intervienen las siguientes dos reacciones:
① $2Fe^{2+} + PbO_2 + 4H^+ + SO_4^{2-} = 2Fe^{3+} + PbSO_4 + 2H_2O$
② $2Fe^{3+} + Pb + SO_4^{2-} = 2Fe^{2+} + PbSO_4$
(1) Escribe la ecuación química de la reacción entre Pb y $PbO_2$ para producir $PbSO_4$.
(2) ¿Cuál es la función de $Fe^{2+}$ en este proceso?
(3) Diseña un plan experimental para demostrar la función de $Fe^{2+}$.

PREGUNTA 2

[Pregunta corta] ¿Qué es la corrosión química metálica? ¿Qué es la corrosión electroquímica metálica? Da ejemplos de los daños causados por la corrosión metálica.

PREGUNTA 3

[Opción múltiple] En el dispositivo mostrado en la figura, todos los vasos contienen agua de mar. ¿Cuál de ellos protege al hierro de la corrosión? ( )
A. Hierro y carbono en contacto directo
B. Hierro y carbono conectados por un cable
C. Hierro y estaño conectados
D. Fe 和 Zn 连接

PREGUNTA 4

[Opción múltiple] La reacción total de la batería de zinc-manganeso alcalina es: $Zn + 2MnO_2 + 2H_2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2$. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre esta batería es correcta? ( )

Zn es el cátodo, donde ocurre la reducción

MnO2 es el cátodo, donde ocurre la reducción

Durante el funcionamiento, los electrones fluyen desde MnO2 hacia Zn por el circuito externo

Esta batería es una batería secundaria, que puede cargarse y descargarse múltiples veces