Question

（1）事實(shí)證明，能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計(jì)成原電池的是

 

．
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）電解原理在化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用．現(xiàn)有電解池如圖，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(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

通過(guò)一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末，恰好恢復(fù)電解前的濃度和pH，則電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為

 

．
②若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，溶液的C（H⁺）=

 

（假設(shè)電解后溶液體積不變）．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專(zhuān)題：電化學(xué)專(zhuān)題

分析：（1）原電池反應(yīng)必須是自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)，據(jù)此判斷；
（2）①若a為CuSO₄溶液，則X電極上銅離子放電，當(dāng)銅離子放電完全后，氫離子再放電；Y電極上氫氧根離子放電；通過(guò)一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末能使溶液恢復(fù)原狀，相當(dāng)于加入0.2molCuO、0.2molH₂O，根據(jù)氧氣和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
②若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，陽(yáng)極上先氯離子放電后氫氧根離子放電，假設(shè)陽(yáng)極上氯離子完全放電，則生成n（Cl₂）=

1

2

n（NaCl）=0.02mol，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，生成氣體的物質(zhì)的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol＞0.02mol，在陽(yáng)極上還有氧氣生成，生成氧氣的物質(zhì)的量為0.01mol，陽(yáng)極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2n（Cl₂）+4n（O₂）=0.04mol+0.04mol=0.08mol，陰極上銅離子完全放電時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2×0.04mol=0.08mol，所以陰極上氫離子不放電，根據(jù)生成氧氣的量計(jì)算c（H⁺）．

解答： 解：（1）原電池反應(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為吸熱反應(yīng)，所以不符合，故錯(cuò)誤；  
B．NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0為非氧化還原反應(yīng)，所以不符合，故錯(cuò)誤；
C．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）△H＜0為自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)，所以符合，故正確；
故選C；
（2）①若a為CuSO₄溶液，則X電極上銅離子放電，當(dāng)銅離子放電完全后，氫離子再放電，Y電極上氫氧根離子放電，所以電池反應(yīng)式有2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄、2H₂O

電解  .

O₂↑+2H₂↑；通過(guò)一段時(shí)間后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末能使溶液恢復(fù)原狀，相當(dāng)于加入0.2molCuO、0.2molH₂O，所以陰極上析出氫氣、Cu，根據(jù)原子守恒得n（H₂）=n（H₂O）=0.2mol，n（CuO）=n（Cu）=0.2mol，
設(shè)生成0.2molCu轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為x、生成0.2mol氫氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為y，
2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄轉(zhuǎn)移電子
                2mol          4mol
                0.2mol        x
2mol：4mol=0.2mol：x
x=

4mol×0.2mol

2mol

=0.4mol
2H₂O

電解  .

O₂↑+2H₂↑ 轉(zhuǎn)移電子
             2mol   4mol
             0.2mol y
2mol：4mol=0.2mol：y
y=

4mol×0.2mol

2mol

=0.4mol，
所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=xmol+ymol=0.4mol+0.4mol=0.8mol；
故答案為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄、2H₂O

電解  .

O₂↑+2H₂↑；0.8mol；
②若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，陽(yáng)極上先氯離子放電后氫氧根離子放電，假設(shè)陽(yáng)極上氯離子完全放電，
則生成n（Cl₂）=

1

2

n（NaCl）=0.02mol，當(dāng)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，生成氣體的物質(zhì)的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol＞0.02mol，
在陽(yáng)極上還有氧氣生成，生成氧氣的物質(zhì)的量為0.01mol，陽(yáng)極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2n（Cl₂）+4n（O₂）=0.04mol+0.04mol=0.08mol，
陰極上銅離子完全放電時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=2×0.04mol=0.08mol，
所以陰極上氫離子不放電，當(dāng)陽(yáng)極上生成氧氣時(shí)，同時(shí)陽(yáng)極附近有氫離子生成，電池反應(yīng)式為2Cu²⁺+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+4H⁺，
根據(jù)氧氣和氫離子的關(guān)系式得n（H⁺）=4n（O₂）=0.04mol，
則C（H⁺）=

0.04mol

0.4L

=0.1mol/L，
故答案為：0.1mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池反應(yīng)特點(diǎn)及電解原理，明確離子放電順序即可解答，注意（2）①加入氫氧化銅時(shí)根據(jù)原子守恒將氫氧化銅轉(zhuǎn)化為CuO和水是解此問(wèn)題關(guān)鍵，靈活運(yùn)用原子守恒、轉(zhuǎn)移電子守恒進(jìn)行解答，題目難度中等．