Question

在我们的日常生活中，电化学技术与我们密切相关。根据所学电化学知识，回答下列问题：

(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．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为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其负极反应式为______________________________。

(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下图中电解池相连，其中，a为电解液，X和Y是两块电极板，则：

①若X和Y均为惰性电极，a为MgCl₂溶液，则电解时的化学反应方程式为______________________________。

②若X和Y为惰性电极，a为CuSO₄溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.2mol Cu(OH)₂粉末，恰好恢复电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为_________________。

③若X、Y分别为铁和铜，a为H₂SO₄溶液，则电解池的总反应式为___________________________。

(4)现有有一种新型的高能电池——钠硫电池（熔融的钠、硫为两极，以Na⁺导电的β-Al₂O₃陶瓷作固体电解质），反应式为：2Na＋xS Na₂S_x，上述电解都是用该电池作电源（如图）该电池的正极反应为______________________。

Answer

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

【解析】

(3)电解质中与电源负极相连的为阴极得电子发生还原反应，与电源正极相连的为阳极失电子发生氧化反应，即X为阴极，Y为阳极。

(1)首先要设计成原电池必须是氧化还原反应，则B不可行，能设计成原电池的反应通常是放热反应，即△H<0，所以A符合；

(2)所选反应为CH4(g)+O2(g)=CO2(g)+H2O(g) ，原电池中负极失电子发生氧化反应，所以负极反应物为甲烷，失电子被氧化，结合电解质为熔融KCO3，可得电极反应方程式为：CH4-8e- +4CO32-=5CO2+2H2O；

(3)①电解过程中，阳离子在阴极放电，MgCl2溶液中H+先于Mg2+反应，所以阳极氢离子得电子生成氢气，阴离子在阳极放电，Cl-先于OH-反应，失电子生成氯气，溶液中剩余的Mg2+和OH-结合生成Mg(OH)2，所以电解时总反应为：MgCl2+2H2O Cl2↑+H2↑+Mg(OH)2↓；

②电解CuSO4溶液时阴极先是铜离子反应，当Cu2+反应完后H+反应，但阳极一直是OH-放电生成O2，向所得溶液中加入0.2mol Cu(OH)2粉末，恰好恢复电解前的浓度和pH，说明电解过程中阳极产生的氧气为0.2mol，生成1个氧气分子转移4个电子，所以生成0.2mol O2转移的电子的物质的量为0.8mol；

③若Y为铜，即电解池的阳极为铜，此时阳极反应为：Cu-2e-+2H2O= Cu(OH)2+2 H+，阴极为H+反应，电极方程式为：2H++2e-=H2，所以总反应为：Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑；

(4)由原电池原理可知放电时，S得电子发生还原反应，所以S作正极，正极反应为xS+2e-=Sx2-。