Question

19．（1）电池反应通常是放热反应．下列反应在理论上可设计成原电池的化学反应是D（填序号）．
A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0
B．Ba（OH）₂•8H₂O（s）+2NH₄Cl（s）=BaCl₂（aq）+2NH₃•H₂O（l）+8H₂O（l）△H＞0
C．CaC₂（s）+2H₂O（l）=Ca（OH）₂（s）+C₂H₂（g）△H＜0
D．CH₄（g）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H＜0
（2）以KOH溶液为电解质溶液，依据（1）所选反应设计一个电池，其负极电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）电解原理在化学工业中有广泛的应用，现将你设计的原电池通过导线与图中电解池相连如图1，其中a为电解液，X和Y是两块电极板，则
①若X和Y均为惰性电极，a为饱和食盐水，则电解时检验Y电极反应产物的方法是将湿润的淀粉KI试纸靠近Y极支管口处，试纸变蓝，说明有氯气生成；
②若X和Y均为惰性电极，a为一定浓度的硫酸铜溶液，通电后，发生的总反应化学方程式为2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．通电一段时间后，向所得溶液中加入0.05 mol Cu（OH）₂，恰好恢复电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为0.2mol．
（4）利用工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如图2所示装置电解K₂SO₄溶液．
①该电解槽的阳极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，通过阴离子交换膜的离子数＜（填“＞”、“＜”或“=”）通过阳离子交换膜的离子数；
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为b＜a＜c＜d；
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为8：1．

Answer 1

分析 （1）能设计成原电池的反应必须是自发进行的放热的氧化还原反应；
（2）燃料电池中负极上燃料失电子发生氧化反应；
（3）①当电极为惰性电极时，阳极上溶液中氯离子放电生成氯气，根据氯气的检验方法检验．
②根据“电解出什么物质加入什么物质”的方法分析，根据电极反应式计算阳极上产生气体的体积；
（4）①电解硫酸钾溶液，阳极发生氧化反应，OH^-被氧化生成O₂；SO₄^2-通过阴离子交换膜向阳极移动，钾离子通过阳离子交换膜向阴极移动；
②OH^-被氧化，阳极生成H⁺和O₂，pH减小，阴极发生还原反应生成H₂和OH^-，pH增大；
③B口生成氧气，C生成氢气．

解答 解：（1）能设计成原电池的反应必须是自发进行的放热的氧化还原反应，
A．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H＞0，该反应是吸热反应，所以不能设计成原电池，故错误；
B．Ba（OH）₂•8H₂O（s）+2NH₄Cl（s）═BaCl₂（aq）+2NH₃•H₂O（ 1）+8H₂O（ 1）△H＞0，该反应不是氧化还原反应且是吸热反应，所以不能设计成原电池，故错误；
C．CaC₂（s）+2H₂O（ 1）═Ca（OH）₂（s）+C₂H₂（g）△H＜0，该反应不是氧化还原反应，所以不能设计成原电池，故错误；
D．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（ 1）△H＜0，该反应是自发进行的放热的氧化还原反应，所以能设计成原电池，故正确；
故答案为：D；
（2）燃料电池中，负极上甲烷失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（3）①当石墨作电极时，阳极Y上氯离子失电子生成氯气，氯气有氧化性能和碘离子发生置换反应生成碘单质，淀粉遇碘变蓝色，所以检验氯气的方法是将湿润的淀粉KI试纸靠近Y极支管口处，试纸变蓝，说明有氯气生成．
故答案为：将湿润的淀粉KI试纸靠近Y极支管口处，试纸变蓝，说明有氯气生成．
②若X和Y均为惰性电极，a为一定浓度的硫酸铜溶液，通电后，阴极上铜离子放电，阳极上氢氧根离子放电，所以发生的总反应化学方程式为2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，Cu（OH）₂从组成上可看成CuO•H₂O，加入0.05 mol Cu（OH）₂后恰好恢复到电解前的浓度和pH，根据原子守恒知，相当于阴极上析出0.05mol氢气和0.05mol铜，根据电解前后元素化合价计算需要转移电子的物质的量=0.05mol×（2-0）+0.05mol×（1-0）×2=0.2mol，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄； 0.2；
（4）①电解硫酸钾溶液，阳极发生氧化反应，OH^-被氧化生成O₂，电极方程式为，SO₄^2-通过阴离子交换膜向阳极移动，钾离子通过阳离子交换膜向阴极移动，由电荷守恒知钾离子数目大于硫酸根离子数目，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；＜；
②OH^-被氧化，阳极生成H⁺和O₂，pH减小，阴极发生还原反应生成H₂和OH^-，pH增大，则pHb＜a＜c＜d，故答案为：b＜a＜c＜d；
③B口生成氧气，C生成氢气，物质的量之比为1：2，则质量之比为32：4=8：1，
故答案为：8：1．

点评 本题考查了电解原理、原电池的设计、原电池原理等知识点，明确原电池的构成条件，再结合原电池正负极及电解池阴阳极上得失电子来分析解答，并会写其电极反应式，难点是（3）②，很多同学往往认为阴极上只析出铜而导致错误，为易错点，难度中等．