Question

1．（1）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是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溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其负极的电极反应式为H₂+2OH^--2e^-=2H₂O．
（3）电解原理在化学工业中有着广泛的应用．现将你设计的原电池通过导线与右图中电解池相连，其中a为电解液，X和Y均为惰性电极，则：
①若a为CuSO₄溶液，则电解时的化学反应方程式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．通过一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCuO粉末，恰好恢复电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为0.4mol．
②若电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，溶液的pH=1（假设电解后溶液体积不变）．

Answer 1

分析 （1）能设计成原电池的反应通常是放热反应，且必须是能自发进行的氧化还原反应；
（2）原电池中，负极上还原剂失电子发生氧化反应；
（3）①若电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电，阴极上铜离子放电，据此写出电池反应式，根据铜和转移电子正极的关系式计算；
②根据转移电子守恒计算阴极上析出的物质，再根据氧气计算生成的C（H⁺），从而得出其pH．

解答 解：（1）能设计成原电池的反应通常是放热反应，且必须是能自发进行的氧化还原反应，
A．该反应是吸热反应，所以不能设计成原电池，故不选；
B．该反应不是氧化还原反应，所以不能设计成原电池，故不选；
C．该反应是放热反应且能自发的进行氧化还原反应，所以能设计成原电池，故选；
故选C；
（2）以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池中，负极上氢气失电子，电极反应式为：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O，故答案为：H₂+2OH^--2e^-=2H₂O；
（3）①电解硫酸铜溶液时，阳极上生成氧气，阴极上生成铜，同时溶液中生成硫酸，所以电池反应式为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，根据铜原子守恒知，氧化铜和铜的比是1：1，所以0.2molCuO能生成0.2mol铜，转移电子的物质的量=0.2mol×2=0.4mol，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.4mol；
②电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，阳极上先生成氯气后生成氧气，阴极上先生成铜，后生成氢气，阳极上氯气完全析出时，氯气的体积=$\frac{0.04mol}{2}$×22.4L/mol=448mL＜672mL，所以阳极上还有224mL氧气，阳极上转移电子的物质的量=0.04mol×1+$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×4=0.08mol，阴极上铜完全析出时，需要电子的物质的量=0.04mol×2=0.08mol，所以阴极上不析出氢气，生成224mL氧气时，阳极附近同时生成C（H⁺）=$\frac{\frac{0.224}{22.4}×4mol}{0.4L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案为：1．

点评 本题考查构成原电池的条件、电解池的有关计算等知识点，难点是（3）中溶液pH的计算，只有明确阴阳极上析出的物质才能正确解答，为易错点．