Question

19．（1）電池反應通常是放熱反應．下列反應在理論上可設計成原電池的化學反應是D（填序號）．
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溶液為電解質溶液，依據(jù)（1）所選反應設計一個電池，其負極電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（3）電解原理在化學工業(yè)中有廣泛的應用，現(xiàn)將你設計的原電池通過導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，則電解時檢驗Y電極反應產(chǎn)物的方法是將濕潤的淀粉KI試紙靠近Y極支管口處，試紙變藍，說明有氯氣生成；
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)生的總反應化學方程式為2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．通電一段時間后，向所得溶液中加入0.05 mol Cu（OH）₂，恰好恢復電解前的濃度和pH，則電解過程中轉移的電子的物質的量為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該電解槽的陽極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，通過陰離子交換膜的離子數(shù)＜（填“＞”、“＜”或“=”）通過陽離子交換膜的離子數(shù)；
②圖中a、b、c、d分別表示有關溶液的pH，則a、b、c、d由小到大的順序為b＜a＜c＜d；
③電解一段時間后，B口與C口產(chǎn)生氣體的質量比為8：1．

Answer 1

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

解答 解：（1）能設計成原電池的反應必須是自發(fā)進行的放熱的氧化還原反應，
A．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H＞0，該反應是吸熱反應，所以不能設計成原電池，故錯誤；
B．Ba（OH）₂•8H₂O（s）+2NH₄Cl（s）═BaCl₂（aq）+2NH₃•H₂O（ 1）+8H₂O（ 1）△H＞0，該反應不是氧化還原反應且是吸熱反應，所以不能設計成原電池，故錯誤；
C．CaC₂（s）+2H₂O（ 1）═Ca（OH）₂（s）+C₂H₂（g）△H＜0，該反應不是氧化還原反應，所以不能設計成原電池，故錯誤；
D．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（ 1）△H＜0，該反應是自發(fā)進行的放熱的氧化還原反應，所以能設計成原電池，故正確；
故答案為：D；
（2）燃料電池中，負極上甲烷失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（3）①當石墨作電極時，陽極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)生置換反應生成碘單質，淀粉遇碘變藍色，所以檢驗氯氣的方法是將濕潤的淀粉KI試紙靠近Y極支管口處，試紙變藍，說明有氯氣生成．
故答案為：將濕潤的淀粉KI試紙靠近Y極支管口處，試紙變藍，說明有氯氣生成．
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，陽極上氫氧根離子放電，所以發(fā)生的總反應化學方程式為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后恰好恢復到電解前的濃度和pH，根據(jù)原子守恒知，相當于陰極上析出0.05mol氫氣和0.05mol銅，根據(jù)電解前后元素化合價計算需要轉移電子的物質的量=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，陽極發(fā)生氧化反應，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極移動，鉀離子通過陽離子交換膜向陰極移動，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，陽極生成H⁺和O₂，pH減小，陰極發(fā)生還原反應生成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，物質的量之比為1：2，則質量之比為32：4=8：1，
故答案為：8：1．

點評 本題考查了電解原理、原電池的設計、原電池原理等知識點，明確原電池的構成條件，再結合原電池正負極及電解池陰陽極上得失電子來分析解答，并會寫其電極反應式，難點是（3）②，很多同學往往認為陰極上只析出銅而導致錯誤，為易錯點，難度中等．