解题思路:(1)理论上能设计成原电池的化学反应为能自发进行的氧化还原反应;
(2)氢氧燃料酸性电池中,正极发生还原反应,正极上氧气获得电子,酸性条件下生成水;
(3)①若电解硫酸铜溶液时,阳极上氢氧根离子放电,阴极上铜离子放电,据此写出电池反应式,依据电极反应写出电解池中的化学方程式;
根据方程式可知,生成铜和氧气的物质的量之比是2:1,要将此时的溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,可以加入CuO,根据铜元素守恒计算需要CuO的物质的量;
②若X、Y依次为铜和铁,a仍为CuSO4溶液,判断X为阴极,Y为阳极,且反应过程中未生成Fe3+,阳极铁失电子生成亚铁离子;
③依据电极精炼铜是粗铜做阳极,精铜做阴极,含铜离子的盐溶液做电解质溶液,粗铜中含有的杂质金属铁、镍、锌等电解过程中也会失电子,所以电解质溶液中铜离子浓度减小;
④依据电镀原理,镀层金属做电解池的阳极,待镀物质做阴极,电解质溶液是含镀层金属离子的溶液;依据电极反应分析,电解质溶液浓度不变.
(1)A.反应为吸热反应,不能设计成原电池,故A错误;
B.该反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池,故B错误;
C.该反应是自发的氧化还原反应,且为放热反应,可以设计成原电池,故C正确;
故答案为:C;
(2)以硫酸溶液为电解质溶液,氢氧燃料酸性电池中,正极发生还原反应,正极上氧气获得电子,酸性条件下生成水,正极电极反应式为:O2+4H++4e-=2H2O,
故答案为:O2+4H++4e-=2H2O;
(3)①电解硫酸铜溶液时,阳极上生成氧气,阴极上生成铜,同时溶液中生成硫酸,所以,阳极电极反应为:4OH--4e-=H2O+O2↑;电池反应式为:2CuSO4+2H2O
通电
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2Cu+O2↑+2H2SO4,若一段时间后,测得某一极增重25.6g,说明析出Cu为[25.6g/64g/mol]=0.4mol,根据方程式可知,生成铜和氧气的物质的量之比是2:1,要将此时的溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,可以加入CuO,根据铜元素守恒其物质的量为0.4mol,
故答案为:4OH--4e-=H2O+O2↑;2CuSO4+2H2O
通电
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2Cu+O2↑+2H2SO4;CuO;0.4mol;
②若X、Y依次为铜和铁,a仍为CuSO4溶液,判断X为极,Y为阳极,且反应过程中未生成Fe3+,阳极铁失电子生成亚铁离子,则Y极电极反应为:Fe-2e-=Fe2+,
故答案为:Fe-2e-=Fe2+;
③电极精炼铜是粗铜做阳极,精铜做阴极,含铜离子的盐溶液做电解质溶液,粗铜中含有的杂质金属铁、镍、锌等电解过程中也会失电子,所以电解质溶液中铜离子浓度减小,
故答案为:粗铜;减小;
④若用此装置在铁制品上镀铜,依据电镀原理,镀层金属铜做电解池的阳极,待镀物质铁做阴极,电解质溶液是含镀层金属离子铜离子的溶液,阳极电极反应为:Cu-2e-=Cu2+;阴极电极反应为:Cu2++2e-=Cu,反应电解质溶液浓度基本不变,
故答案为:阴极;不变.
点评:
本题考点: 电解原理;反应热和焓变.
考点点评: 本题考查原电池原理、构成原电池的条件和电极反应书写、电解池的有关电极反应书写,电解精炼、电镀等电解原理的应用等知识点,题目难度中等.