Question

1．（1）事實證明，能設計成原電池的反應通常是放熱反應，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是C．
A．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H＞0
B．NaOH（aq）+HC1（aq）═NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0
C．2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（1）△H＜0
（2）以KOH溶液為電解質溶液，依據所選反應設計一個原電池，其負極的電極反應式為H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（3）電解原理在化學工業(yè)中有著廣泛的應用．現將你設計的原電池通過導線與右圖中電解池相連，其中a為電解液，X和Y均為惰性電極，則：
①若a為CuSO₄溶液，則電解時的化學反應方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．通過一段時間后，向所得溶液中加入0.2molCuO粉末，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0.4mol．
②若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，當陽極產生的氣體672mL（標準狀況下）時，溶液的pH=1（假設電解后溶液體積不變）．

Answer 1

分析 （1）能設計成原電池的反應通常是放熱反應，且必須是能自發(fā)進行的氧化還原反應；
（2）原電池中，負極上還原劑失電子發(fā)生氧化反應；
（3）①若電解硫酸銅溶液時，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電，據此寫出電池反應式，根據銅和轉移電子正極的關系式計算；
②根據轉移電子守恒計算陰極上析出的物質，再根據氧氣計算生成的C（H⁺），從而得出其pH．

解答 解：（1）能設計成原電池的反應通常是放熱反應，且必須是能自發(fā)進行的氧化還原反應，
A．該反應是吸熱反應，所以不能設計成原電池，故不選；
B．該反應不是氧化還原反應，所以不能設計成原電池，故不選；
C．該反應是放熱反應且能自發(fā)的進行氧化還原反應，所以能設計成原電池，故選；
故選C；
（2）以KOH溶液為電解質溶液的氫氧燃料電池中，負極上氫氣失電子，電極反應式為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，故答案為：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（3）①電解硫酸銅溶液時，陽極上生成氧氣，陰極上生成銅，同時溶液中生成硫酸，所以電池反應式為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，根據銅原子守恒知，氧化銅和銅的比是1：1，所以0.2molCuO能生成0.2mol銅，轉移電子的物質的量=0.2mol×2=0.4mol，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.4mol；
②電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，陽極上先生成氯氣后生成氧氣，陰極上先生成銅，后生成氫氣，陽極上氯氣完全析出時，氯氣的體積=$\frac{0.04mol}{2}$×22.4L/mol=448mL＜672mL，所以陽極上還有224mL氧氣，陽極上轉移電子的物質的量=0.04mol×1+$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×4=0.08mol，陰極上銅完全析出時，需要電子的物質的量=0.04mol×2=0.08mol，所以陰極上不析出氫氣，生成224mL氧氣時，陽極附近同時生成C（H⁺）=$\frac{\frac{0.224}{22.4}×4mol}{0.4L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：1．

點評 本題考查構成原電池的條件、電解池的有關計算等知識點，難點是（3）中溶液pH的計算，只有明確陰陽極上析出的物質才能正確解答，為易錯點．