题目内容

【题目】(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__________

A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H>0
B2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) H<0

C.NaOH(aq)+HC1(aq)=NaC1(aq)+H2O(1) H<0

(2) KOH溶液为电解质溶液,依据题(1)所选反应设计一个原电池,其负极的电极反应式为_______

(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,XY均为惰性电极,则:

①若aCuSO4溶液,则电解时的化学反应方程式为___________________

②若电解含有0.04molCuSO40.04molNaCl的混合溶液400ml,当阳极产生的气体672 mL(标准状况下)时,溶液的c(H+) = _____(假设电解后溶液体积不变)。

【答案】B H2 - 2e + 2 OH= 2 H2O 2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4 0.1mol/L

【解析】

(1)根据原电池原理和题给信息知,能设计成原电池的反应必须是放热的氧化还原反应;

(2)KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池中,负极上氢气得电子和氢氧根离子反应生成水

(3)关键是明确电解原理,特别是溶液中离子的放电顺序

(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A错误;

B.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B正确;

C.该反应不是氧化还原反应,所以不能设计成原电池,故C错误。

故选B。
(2)将反应2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) H<0,设计成原电池,该电池为燃料电池。依据原电池原理:负极区发生氧化反应,正极区发生还原反应,燃料H2在负极区反应,助燃剂O2在正极区参加反应,结合以KOH溶液为电解质溶液,其负极电极反应式为:H2 - 2e- + 2 OH-= 2 H2O,故答案为:H2 - 2e- + 2 OH-= 2 H2O。

(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+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4故答案为:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4

电解含有0.04mol CuSO40.04mol NaCl的混合溶液400mL,阳极首先是氯离子放电,生成氯气,其次是溶液中的OH放电,生成氧气。由于氯离子的物质的量是0.04mol,若其完全放电,则可生成氯气0.02mol,标准状况下的体积是448mL。但阳极实际生成气体的体积为672mL,则其中必定含有氧气的物质的量是0.01mol,则反应中共转移电子的物质的量是0.08mol。阴极首先是铜离子放电,其次是溶液中的氢离子放电。0.04mol铜离子恰好得到0.08mol电子,生成0.04mol单质铜,所以电解后溶液中的溶质是0.02mol硫酸钠和0.02mol硫酸,则溶液中氢离子的浓度是0.04mol÷0.4L=0.1mol/L,故答案为:0.1mol/L。

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