Question

（Ⅰ）某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。请回答下列问题：
 
(1)甲装置的名称是____________ (填“原电池”或“电解池”)。
(2) 写出电极反应式： Pt极                                ； 当甲中产生0.1 mol气体时，乙中析出铜的质量应为______________。
(3)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，电键闭合一段时间后，乙中溶液的颜色___________（填“变深”、“变浅”或“无变化”）。
（Ⅱ）燃料电池是燃料（如CO、H₂、CH₄等）跟O₂（或空气）反应，将化学能转化为电能的装置。对于以强碱为电解质的CH₄燃料电池，负极电极反应式为：                                      ，随着放电的进行，溶液的pH            （填“变大”“变小”或“不变”）。
（Ⅲ）由Cu²⁺、Cl^-、Na⁺、SO₄^2-四种离子中的两种离子组成的电解质溶液若干种，可选用铜电极、铂电极进行电解实验。
(1)要使电解过程中溶质的组成和质量不变，而该稀溶液的浓度增大，又无浑浊，应以­­­­­_______为阳极电解          溶液，阳极电极反应式为                         。
(2)以铂作阳极电解            溶液时，溶液的碱性有明显增强，且溶液保澄清，电解的总反应式为                                                     。

Answer 1

（Ⅰ）（1）原电池 （1分） （2）2Cl^－ - 2e^－＝ Cl₂↑（2分）  6.4g （2分）
（3）无变化 （1分）  （Ⅱ）CH₄+10OH^－－8e＝CO₃^2-+7H₂O （2分）   变小（1分）
（Ⅲ）(1) 铂（1分）  Na₂SO₄（1分）
4OH^-－4e^-＝2H₂O+O₂↑（2分）（写2H₂O-4e^- ＝O₂↑+4H⁺同样给分）
(2)   NaCl（1分） 2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑（2分）（没写“电解”或“通电”不给分）

试题分析：（Ⅰ）（1）由图中的铜、锌两种电极和电解质稀硫酸和闭合电路可判断：该装置为原电池，Zn比铜活泼，则Zn作负极，Cu作正极，发生电池反应为Zn+_H2SO4＝ZnSO₄+H₂↑，电子由负极流向正极，该装置将化学能转变为电能，即甲装置的名称是原电池。
（2）甲装置为原电池，将化学能转变为电能，乙装置为电解池，石墨和铂都为惰性电极，连接电源正极的铂电极为电解池的阳极，溶液中的氯离子放电，发生氧化反应：2Cl^--2e^-＝Cl₂↑。连接电源负极的碳电极为电解池的阴极，溶液中的铜离子放电，发生还原反应：Cu²⁺+2e^-＝Cu。根据原电池、电解池中电子守恒，当甲中产生0.1mol气体时，铜正极上发生反应2H⁺+2e^-＝H₂↑，转移0.2mol电子，则根据Cu²⁺+2e^-＝Cu，乙中析出铜的物质的量为0.1mol，质量为6.4克。
（3）若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，电键闭合一段时间后，为电镀池，阳极铜溶解Cu-2e^-＝Cu²⁺，阴极铜上铜离子得电子析出金属铜Cu²⁺+2e^-＝Cu，溶液中铜离子颜色为蓝绿色，溶液中c（Cu²⁺）不变，所以颜色未变。
（Ⅱ）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。因此甲烷燃料电池中总离子方程式为：CH₄+2O₂+2OH^-＝CO₃^2-+3H₂O，所以通入氧气的一极为正极发生还原反应：O₂+2H₂O+4e^-＝4OH^-；通入甲烷的一极为负极，发生氧化反应，反应式为：CH₄+10OH^--8e^-＝CO₃^2-+7H₂O；随着不断放电，原电池反应中反应生成水，氢氧根离子浓度减小，电解质溶液的pH减小。
（Ⅲ）由Cu²⁺、Cl^-、Na⁺、SO₄^2-四种离子中的两种离子组成的电解质溶液，可以是CuCl₂、Na₂SO₄；也可为CuSO₄、NaCl；因阳离子放电顺序为Cu²⁺＞Na⁺＞H⁺，阴离子放电顺序为Cl^-＞OH^-＞SO₄^2-，惰性电极电解CuCl₂溶液时，铜离子、氯离子放电，则电解质Na₂SO₄溶液时，电解质质量不变，水量减少，惰性电极电解电解CuSO₄（或NaCl）溶液时，则铜离子、氢氧根离子（或氯离子、氢离子）放电，所以电解质和水量都减少；
（1）要使电解过程中溶质的组成和质量不变，而该稀溶液的浓度增大，又无浑浊，说明本质为电解水，用惰性电极电解，铜为不活泼金属，但作阳极溶解，所以选择铂作电极，溶液中氢离子、氢氧根离子放电，阴极：4H⁺+4e^-＝2H₂ ↑，阳极4OH^--4e^-＝2H₂O+O₂↑，电解Na₂SO₄溶液时，电解质质量不变，水量减少。
（2）以铂作阳极电解硫酸铜，电解过程中，阳极：溶液中阴离子OH^-、SO₄^2-移向阳极，氢氧根离子放电发生氧化反应，电极反应式：4OH^--4e^-＝2H₂O+O₂↑；阴极：溶液中阳离子Cu²⁺、H⁺移向阴极发生还原反应，电极反应：2Cu²⁺+4e^-＝2Cu；所以溶液中氢氧离子浓度逐渐减小，氢离子浓度逐渐增大，pH值逐渐变小；以铂作阳极电解氯化钠溶液时，阴极电极反应式为：2H₂O+2e^-＝H₂ ↑+2OH^-，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl^--2e^-＝Cl₂↑，同时生成氢氧化钠，所以其电池反应式为：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，因此溶液中氢离子浓度逐渐减小，pH值逐渐变大，且溶液保澄清。