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-=CO32-+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.

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;SO42-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-=CO32-+7H2O,
故答案為:CH4-8e-+10OH-=CO32-+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,SO42-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.

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