Question

18．（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B．
A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0
B．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）△H＜0
C．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（1）△H＜0
（2）以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，依據(jù)所選反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．
（3）2009年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自
呼吸電池及主動(dòng)式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖1所示．

①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為CH₃OH，該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺
②工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)時(shí)，有1.2N_A個(gè)電子轉(zhuǎn)移．（N_A表示阿伏伽德羅常數(shù)的值）
（4）以上述電池做電源，用圖2所示裝置，在實(shí)驗(yàn)室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理的過程中，發(fā)現(xiàn)溶液逐漸變渾濁，原因是（用相關(guān)的電極反應(yīng)式和離子方程式表示）：Al-3e^-=Al³⁺，Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（5）電解原理在化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用．現(xiàn)將你設(shè)計(jì)的原電池通過導(dǎo)線與圖3中電解池相連，其中a為電解液，X和Y均為惰性電極，若電解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400mL，當(dāng)陽極產(chǎn)生672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）氣體時(shí)，溶液的pH=1 （假設(shè)電解后溶液體積不變）．

Answer 1

分析 （1）自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)能設(shè)計(jì)成原電池；
（2）KOH為電解質(zhì)，設(shè)計(jì)氫氧燃料堿性電池，負(fù)極上氫氣失電子和OH^-反應(yīng)生成水；
（3）①根據(jù)裝置可以知道d出生成大量的水，所以e口是通入的氧氣，故b口通入的是CH₃OH；乙醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極放電，總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，正極電極反應(yīng)為：3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂O，兩式相減可得負(fù)極的電極反應(yīng)式，注意電子相等．放電時(shí)，H⁺移向電池的正極；
②根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算甲醇的物質(zhì)的量，根據(jù)反應(yīng)2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g），當(dāng)消耗甲醇2mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為12mol，據(jù)此計(jì)算注意電子數(shù)目；
（4）陽極上鋁失電子生成鋁離子，鋁離子和碳酸氫根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)；
（5）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒計(jì)算陰極上析出的物質(zhì)，再根據(jù)氧氣計(jì)算生成的C（H⁺），從而得出其pH．

解答 解：（1）自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)能設(shè)計(jì)成原電池，
A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，不符合條件，故錯(cuò)誤；
B．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）△H＜0，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行且為放熱的氧化還原反應(yīng)，符合條件，故正確；
C．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（1）△H＜0，該反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，不符合條件，故錯(cuò)誤；
故選B；
（2）KOH為電解質(zhì)，設(shè)計(jì)氫氧燃料堿性電池，負(fù)極上氫氣失電子和OH^-反應(yīng)生成水，負(fù)極反應(yīng)式為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（3）①根據(jù)裝置可以知道d出生成大量的水，所以e口是通入的氧氣，故b口通入的是CH₃OH；
乙醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極放電，總反應(yīng)式為2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，正極電極反應(yīng)為：3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂O，兩式相減可得負(fù)極的電極反應(yīng)式為2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺，即CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．放電時(shí)，H⁺移向電池的正極，
故答案為：CH₃OH；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②甲醇的物質(zhì)的量為$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，根據(jù)反應(yīng)2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g），當(dāng)消耗甲醇2mol時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為12mol，所以當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是$\frac{0.2mol}{2mol}$×12mol=1.2mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目是1.2N_A，故答案為：1.2；
（4）鋁作陽極，陽極上電極反應(yīng)式為Al-3e^-=Al³⁺；陽極上生成的鋁離子和碳酸氫根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳?xì)怏w，所以溶液變渾濁Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：Al-3e^-=Al³⁺；Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（5）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(shí)，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(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.04mol×1+$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.08mol，陰極上銅完全析出時(shí)，需要電子的物質(zhì)的量=0.04mol×2=0.08mol，所以陰極上不析出氫氣，生成224mL氧氣時(shí)，陽極附近同時(shí)生成C（H⁺）=$\frac{\frac{0.224L}{22.4L/mol}×4}{0.4L}$=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及原電池和電解池原理，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算能力，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫及（5）題計(jì)算，注意（5）要確定陽極產(chǎn)物成分，為易錯(cuò)點(diǎn)．