Question

18．某學生設計了如圖所示的裝置（框內部分未畫出），在裝置內起初發生的反應為Cu+H₂SO₄═H₂↑+CuSO₄（未注明反應條件），試回答：
（1）A、B中至少有一種是金屬銅（填名稱），做陽極
（填“正極”、“負極”、“陰極”或“陽極”）；
（2）寫出該裝置中發生還原反應的電極反應方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）若C溶液為100ml飽和食鹽水，A 和B電極均為碳棒，該學生利用圖示裝置以甲烷（CH₄）堿性燃料電池為電源進行電解：
①寫出電源負極反應式CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②該電解過程中的總反應的離子方程式2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，
③當陰極放出標況下112ml氫氣時，該飽和食鹽水溶液的pH=13（室溫下），消耗氧氣標準狀況下體積為56mL．

Answer 1

分析 （1）該反應不能自發進行，為電解池中，Cu作陽極、金屬或石墨作陰極，陽極連接電源正極；
（2）該裝置中，陰極上得電子發生還原反應；
（3）①堿性條件下，甲烷失電子生成碳酸根離子和水；
②用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電，同時陰極附近有氫氧根離子生成；
③根據氫氣和氫氧根離子之間的關系計算氫氧根離子濃度，從而計算溶液的pH；根據電子守恒計算氧氣．

解答 解：（1）在裝置內起初發生的反應為Cu+H₂SO₄═H₂↑+CuSO₄，該反應不能自發進行，為電解池，Cu作陽極、金屬或石墨作陰極，Cu連接電源正極作陽極；
故答案為：銅；陽極；
（2）該裝置中，陰極上氫離子得電子發生還原反應，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（3）①堿性條件下，甲烷失電子生成碳酸根離子和水，則負極的電極方程式為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；
②用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，同時陰極附近有氫氧根離子生成，電池反應式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
③用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液時，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，同時陰極附近有氫氧根離子生成，電池反應式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
設生成氫氧根離子的物質的量為x，
2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
                         22.4L          2mol
                         0.112L         x
22.4L：2mol=0.112L：x，
x=$\frac{0.112L×2mol}{22.4L}$=0.01mol，
c（OH^-）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，則溶液的pH=13，
電解時轉移電子的物質的量等于氫氧根離子的物質的量，則轉移電子為0.01mol，由2O₂+8e^-+4H₂O═8OH^-可知，消耗氧氣為0.0025mol，其體積在標準狀況下為56mL；
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2OH^_+H₂↑+Cl₂↑；13；56．

點評 本題考查原電池和電解池原理，根據方程式的自發性判斷電池類型，知道原電池和電解池的區別，會書寫電極反應式，難點是pH的計算，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和計算能力．