Question

19．（1）電池反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)．下列反應(yīng)在理論上可設(shè)計(jì)成原電池的化學(xué)反應(yīng)是D（填序號(hào)）．
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溶液為電解質(zhì)溶液，依據(jù)（1）所選反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)電池，其負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)將你設(shè)計(jì)的原電池通過導(dǎo)線與圖中電解池相連如圖1，其中a為電解液，X和Y是兩塊電極板，則
①若X和Y均為惰性電極，a為飽和食鹽水，則電解時(shí)檢驗(yàn)Y電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近Y極支管口處，試紙變藍(lán)，說(shuō)明有氯氣生成；
②若X和Y均為惰性電極，a為一定濃度的硫酸銅溶液，通電后，發(fā)生的總反應(yīng)化學(xué)方程式為2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．通電一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.05 mol Cu（OH）₂，恰好恢復(fù)電解前的濃度和pH，則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.2mol．
（4）利用工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的原理，用如圖2所示裝置電解K₂SO₄溶液．
①該電解槽的陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，通過陰離子交換膜的離子數(shù)＜（填“＞”、“＜”或“=”）通過陽(yáng)離子交換膜的離子數(shù)；
②圖中a、b、c、d分別表示有關(guān)溶液的pH，則a、b、c、d由小到大的順序?yàn)閎＜a＜c＜d；
③電解一段時(shí)間后，B口與C口產(chǎn)生氣體的質(zhì)量比為8：1．

Answer 1

分析 （1）能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)必須是自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)；
（2）燃料電池中負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）①當(dāng)電極為惰性電極時(shí)，陽(yáng)極上溶液中氯離子放電生成氯氣，根據(jù)氯氣的檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)．
②根據(jù)“電解出什么物質(zhì)加入什么物質(zhì)”的方法分析，根據(jù)電極反應(yīng)式計(jì)算陽(yáng)極上產(chǎn)生氣體的體積；
（4）①電解硫酸鉀溶液，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，OH^-被氧化生成O₂；SO₄^2-通過陰離子交換膜向陽(yáng)極移動(dòng)，鉀離子通過陽(yáng)離子交換膜向陰極移動(dòng)；
②OH^-被氧化，陽(yáng)極生成H⁺和O₂，pH減小，陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成H₂和OH^-，pH增大；
③B口生成氧氣，C生成氫氣．

解答 解：（1）能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)必須是自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)，
A．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H＞0，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以不能設(shè)計(jì)成原電池，故錯(cuò)誤；
B．Ba（OH）₂•8H₂O（s）+2NH₄Cl（s）═BaCl₂（aq）+2NH₃•H₂O（ 1）+8H₂O（ 1）△H＞0，該反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)且是吸熱反應(yīng)，所以不能設(shè)計(jì)成原電池，故錯(cuò)誤；
C．CaC₂（s）+2H₂O（ 1）═Ca（OH）₂（s）+C₂H₂（g）△H＜0，該反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，所以不能設(shè)計(jì)成原電池，故錯(cuò)誤；
D．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（ 1）△H＜0，該反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)，所以能設(shè)計(jì)成原電池，故正確；
故答案為：D；
（2）燃料電池中，負(fù)極上甲烷失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（3）①當(dāng)石墨作電極時(shí)，陽(yáng)極Y上氯離子失電子生成氯氣，氯氣有氧化性能和碘離子發(fā)生置換反應(yīng)生成碘單質(zhì)，淀粉遇碘變藍(lán)色，所以檢驗(yàn)氯氣的方法是將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近Y極支管口處，試紙變藍(lán)，說(shuō)明有氯氣生成．
故答案為：將濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近Y極支管口處，試紙變藍(lán)，說(shuō)明有氯氣生成．
②若X和Y均為惰性電極，a為一定濃度的硫酸銅溶液，通電后，陰極上銅離子放電，陽(yáng)極上氫氧根離子放電，所以發(fā)生的總反應(yīng)化學(xué)方程式為2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，Cu（OH）₂從組成上可看成CuO•H₂O，加入0.05 mol Cu（OH）₂后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，根據(jù)原子守恒知，相當(dāng)于陰極上析出0.05mol氫氣和0.05mol銅，根據(jù)電解前后元素化合價(jià)計(jì)算需要轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.05mol×（2-0）+0.05mol×（1-0）×2=0.2mol，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄； 0.2；
（4）①電解硫酸鉀溶液，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，OH^-被氧化生成O₂，電極方程式為，SO₄^2-通過陰離子交換膜向陽(yáng)極移動(dòng)，鉀離子通過陽(yáng)離子交換膜向陰極移動(dòng)，由電荷守恒知鉀離子數(shù)目大于硫酸根離子數(shù)目，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；＜；
②OH^-被氧化，陽(yáng)極生成H⁺和O₂，pH減小，陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成H₂和OH^-，pH增大，則pHb＜a＜c＜d，故答案為：b＜a＜c＜d；
③B口生成氧氣，C生成氫氣，物質(zhì)的量之比為1：2，則質(zhì)量之比為32：4=8：1，
故答案為：8：1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解原理、原電池的設(shè)計(jì)、原電池原理等知識(shí)點(diǎn)，明確原電池的構(gòu)成條件，再結(jié)合原電池正負(fù)極及電解池陰陽(yáng)極上得失電子來(lái)分析解答，并會(huì)寫其電極反應(yīng)式，難點(diǎn)是（3）②，很多同學(xué)往往認(rèn)為陰極上只析出銅而導(dǎo)致錯(cuò)誤，為易錯(cuò)點(diǎn)，難度中等．