Question

（Ⅰ）某興趣小組的同學(xué)用下圖所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題。當(dāng)閉合該裝置的電鍵時(shí)，觀察到電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。請(qǐng)回答下列問題：
 
(1)甲裝置的名稱是____________ (填“原電池”或“電解池”)。
(2) 寫出電極反應(yīng)式： Pt極                                ； 當(dāng)甲中產(chǎn)生0.1 mol氣體時(shí)，乙中析出銅的質(zhì)量應(yīng)為______________。
(3)若乙中溶液不變，將其電極都換成銅電極，電鍵閉合一段時(shí)間后，乙中溶液的顏色___________（填“變深”、“變淺”或“無變化”）。
（Ⅱ）燃料電池是燃料（如CO、H₂、CH₄等）跟O₂（或空氣）反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。對(duì)于以強(qiáng)堿為電解質(zhì)的CH₄燃料電池，負(fù)極電極反應(yīng)式為：                                      ，隨著放電的進(jìn)行，溶液的pH            （填“變大”“變小”或“不變”）。
（Ⅲ）由Cu²⁺、Cl^-、Na⁺、SO₄^2-四種離子中的兩種離子組成的電解質(zhì)溶液若干種，可選用銅電極、鉑電極進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)。
(1)要使電解過程中溶質(zhì)的組成和質(zhì)量不變，而該稀溶液的濃度增大，又無渾濁，應(yīng)以­­­­­_______為陽(yáng)極電解          溶液，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為                         。
(2)以鉑作陽(yáng)極電解            溶液時(shí)，溶液的堿性有明顯增強(qiáng)，且溶液保澄清，電解的總反應(yīng)式為                                                     。

Answer 1

（Ⅰ）（1）原電池 （1分） （2）2Cl^－ - 2e^－＝ Cl₂↑（2分）  6.4g （2分）
（3）無變化 （1分）  （Ⅱ）CH₄+10OH^－－8e＝CO₃^2-+7H₂O （2分）   變小（1分）
（Ⅲ）(1) 鉑（1分）  Na₂SO₄（1分）
4OH^-－4e^-＝2H₂O+O₂↑（2分）（寫2H₂O-4e^- ＝O₂↑+4H⁺同樣給分）
(2)   NaCl（1分） 2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑（2分）（沒寫“電解”或“通電”不給分）

試題分析：（Ⅰ）（1）由圖中的銅、鋅兩種電極和電解質(zhì)稀硫酸和閉合電路可判斷：該裝置為原電池，Zn比銅活潑，則Zn作負(fù)極，Cu作正極，發(fā)生電池反應(yīng)為Zn+_H2SO4＝ZnSO₄+H₂↑，電子由負(fù)極流向正極，該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽�即甲裝置的名稱是原電池。
（2）甲裝置為原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽�乙裝置為電解池，石墨和鉑都為惰性電極，連接電源正極的鉑電極為電解池的陽(yáng)極，溶液中的氯離子放電，發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cl^--2e^-＝Cl₂↑。連接電源負(fù)極的碳電極為電解池的陰極，溶液中的銅離子放電，發(fā)生還原反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-＝Cu。根據(jù)原電池、電解池中電子守恒，當(dāng)甲中產(chǎn)生0.1mol氣體時(shí)，銅正極上發(fā)生反應(yīng)2H⁺+2e^-＝H₂↑，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，則根據(jù)Cu²⁺+2e^-＝Cu，乙中析出銅的物質(zhì)的量為0.1mol，質(zhì)量為6.4克。
（3）若乙中溶液不變，將其電極都換成銅電極，電鍵閉合一段時(shí)間后，為電鍍池，陽(yáng)極銅溶解Cu-2e^-＝Cu²⁺，陰極銅上銅離子得電子析出金屬銅Cu²⁺+2e^-＝Cu，溶液中銅離子顏色為藍(lán)綠色，溶液中c（Cu²⁺）不變，所以顏色未變。
（Ⅱ）原電池中較活潑的金屬是負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。因此甲烷燃料電池中總離子方程式為：CH₄+2O₂+2OH^-＝CO₃^2-+3H₂O，所以通入氧氣的一極為正極發(fā)生還原反應(yīng)：O₂+2H₂O+4e^-＝4OH^-；通入甲烷的一極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為：CH₄+10OH^--8e^-＝CO₃^2-+7H₂O；隨著不斷放電，原電池反應(yīng)中反應(yīng)生成水，氫氧根離子濃度減小，電解質(zhì)溶液的pH減小。
（Ⅲ）由Cu²⁺、Cl^-、Na⁺、SO₄^2-四種離子中的兩種離子組成的電解質(zhì)溶液，可以是CuCl₂、Na₂SO₄；也可為CuSO₄、NaCl；因陽(yáng)離子放電順序?yàn)镃u²⁺＞Na⁺＞H⁺，陰離子放電順序?yàn)镃l^-＞OH^-＞SO₄^2-，惰性電極電解CuCl₂溶液時(shí)，銅離子、氯離子放電，則電解質(zhì)Na₂SO₄溶液時(shí)，電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少，惰性電極電解電解CuSO₄（或NaCl）溶液時(shí)，則銅離子、氫氧根離子（或氯離子、氫離子）放電，所以電解質(zhì)和水量都減少；
（1）要使電解過程中溶質(zhì)的組成和質(zhì)量不變，而該稀溶液的濃度增大，又無渾濁，說明本質(zhì)為電解水，用惰性電極電解，銅為不活潑金屬，但作陽(yáng)極溶解，所以選擇鉑作電極，溶液中氫離子、氫氧根離子放電，陰極：4H⁺+4e^-＝2H₂ ↑，陽(yáng)極4OH^--4e^-＝2H₂O+O₂↑，電解Na₂SO₄溶液時(shí)，電解質(zhì)質(zhì)量不變，水量減少。
（2）以鉑作陽(yáng)極電解硫酸銅，電解過程中，陽(yáng)極：溶液中陰離子OH^-、SO₄^2-移向陽(yáng)極，氫氧根離子放電發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式：4OH^--4e^-＝2H₂O+O₂↑；陰極：溶液中陽(yáng)離子Cu²⁺、H⁺移向陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)：2Cu²⁺+4e^-＝2Cu；所以溶液中氫氧離子濃度逐漸減小，氫離子濃度逐漸增大，pH值逐漸變小；以鉑作陽(yáng)極電解氯化鈉溶液時(shí)，陰極電極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-＝H₂ ↑+2OH^-，陽(yáng)極上氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-＝Cl₂↑，同時(shí)生成氫氧化鈉，所以其電池反應(yīng)式為：2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，因此溶液中氫離子濃度逐漸減小，pH值逐漸變大，且溶液保澄清。