Question

【題目】在我們的日常生活中，電化學技術與我們密切相關。根據所學電化學知識，回答下列問題：

(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_____________。

A．CH4(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(g) △H<0

B．NaOH(aq)+HC1(aq)=NaC1(aq)+H2O(l) △H<0

C．2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H＞0

(2)以熔融KCO3為電解質溶液，依據所選反應設計一個原電池，其負極反應式為______________________________。

(3)電解原理在化學工業中有著廣泛的應用。現將你設計的原電池通過導線與下圖中電解池相連，其中，a為電解液，X和Y是兩塊電極板，則：

①若X和Y均為惰性電極，a為MgCl2溶液，則電解時的化學反應方程式為______________________________。

②若X和Y為惰性電極，a為CuSO4溶液，通電一段時間后，向所得溶液中加入0.2mol Cu(OH)2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_________________。

③若X、Y分別為鐵和銅，a為H2SO4溶液，則電解池的總反應式為___________________________。

(4)現有有一種新型的高能電池——鈉硫電池（熔融的鈉、硫為兩極，以Na+導電的β-Al2O3陶瓷作固體電解質），反應式為：2Na＋xS Na2Sx，上述電解都是用該電池作電源（如圖）該電池的正極反應為______________________。

Answer 1

【答案】A CH4-8e- +4CO32-=5CO2+2H2O MgCl2+2H2O Cl2↑+H2↑+Mg(OH)2↓ 0.8mol Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑

【解析】

(3)電解質中與電源負極相連的為陰極得電子發生還原反應，與電源正極相連的為陽極失電子發生氧化反應，即X為陰極，Y為陽極。

(1)首先要設計成原電池必須是氧化還原反應，則B不可行，能設計成原電池的反應通常是放熱反應，即△H<0，所以A符合；

(2)所選反應為CH4(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(g) ，原電池中負極失電子發生氧化反應，所以負極反應物為甲烷，失電子被氧化，結合電解質為熔融KCO3，可得電極反應方程式為：CH4-8e- +4CO32-=5CO2+2H2O；

(3)①電解過程中，陽離子在陰極放電，MgCl2溶液中H+先于Mg2+反應，所以陽極氫離子得電子生成氫氣，陰離子在陽極放電，Cl-先于OH-反應，失電子生成氯氣，溶液中剩余的Mg2+和OH-結合生成Mg(OH)2，所以電解時總反應為：MgCl2+2H2O Cl2↑+H2↑+Mg(OH)2↓；

②電解CuSO4溶液時陰極先是銅離子反應，當Cu2+反應完后H+反應，但陽極一直是OH-放電生成O2，向所得溶液中加入0.2mol Cu(OH)2粉末，恰好恢復電解前的濃度和pH，說明電解過程中陽極產生的氧氣為0.2mol，生成1個氧氣分子轉移4個電子，所以生成0.2mol O2轉移的電子的物質的量為0.8mol；

③若Y為銅，即電解池的陽極為銅，此時陽極反應為：Cu-2e-+2H2O= Cu(OH)2+2 H+，陰極為H+反應，電極方程式為：2H++2e-=H2，所以總反應為：Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑；

(4)由原電池原理可知放電時，S得電子發生還原反應，所以S作正極，正極反應為xS+2e-=Sx2-。