Question

【題目】(1)目前常用的鎳(Ni)鎘(Cd)電池，其電池總反應可表示為：Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2，已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難于溶水但能溶于酸。則正極的反應式是___________，負極的反應式是___________。放電時負極附近的溶液的堿性________(填“不變”、“變大”或“變小”)。

(2)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖所示：

電池工作時，外電路上電流的方向應從電極________(填A或B)流向用電器。內電路中，CO32-向電極___________(填A或B)移動，電極A上CO參與的電極反應為___________。

(3)將兩鉑片插入KOH溶液中作為電極，在兩極區分別通入甲醇(CH3OH)和氧氣構成燃料電池，則通入甲醇的電極是原電池的____極，該極的電極反應式是____________，通入氧氣的電極是原電池的____極，電極反應式是___________________。如果消耗甲醇160 g，假設化學能完全轉化為電能，則轉移電子的數目為_______________(用NA表示)。

Answer 1

【答案】2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH- Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 變小 B A CO-2e-+CO32-=2CO2 負極 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 正極 O2+4e-+2H2O=4OH- 30NA

【解析】

(1)放電過程為原電池反應，根據總反應化學方程式分析，Cd作原電池負極，失電子，在堿性溶液中生成Cd(OH)2；NiO(OH)在堿溶液中得到電子發生還原反應生成Ni(OH)2，根據氫氧根離子濃度變化判斷溶液酸堿性的變化；

(2)分析熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖，通入氧氣的一端為原電池正極，通入一氧化碳和氫氣的一端為負極，電流從正極流向負極，溶液中陰離子移向負極，A電極上一氧化碳失電子發生氧化反應生成二氧化碳；

(3)甲醇、氧氣和氫氧化鉀溶液構成燃料電池，甲烷易失電子發生氧化反應，則甲烷所在電極為負極，氧氣所在電極為正極，負極上甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，在得失電子相等的條件下，將電極反應式相加即得電池反應式，結合電極反應和電子守恒計算。

(1)放電過程為原電池反應，根據總反應化學方程式Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2可知：NiO(OH)在堿溶液中得到電子發生還原反應生成Ni(OH)2，所以正極電極反應為：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-；Cd作原電池負極，失電子在堿性溶液中生成Cd(OH)2，負極電極反應為：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，由于放電時負極不斷消耗OH-，因此附近溶液在c(OH-)逐漸降低，溶液的堿性逐漸變小；

(2)分析熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖，通入O2的一端為原電池正極，通入CO和H2的一端為負極，電流從正極流向負極，電池工作時，外電路上電流的方向應從電極B流向用電器，內電路中，CO32-向負極A電極移動，電極A上CO參與的電極反應，CO失電子發生氧化反應生成CO2，該電極反應為：CO-2e-+CO32-=2CO2；

(3)CH3OH、O2和KOH溶液構成燃料電池，CH3OH易失電子發生氧化反應，通入CH3OH的電極為負極，CH3OH失去電子被氧化，與溶液中的OH-結合形成H2O，負極上電極反應式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；通入O2的電極為正極，O2得到電子，與溶液中的H2O結合形成OH-，正極上電極反應式為為O2+4e-+2H2O=4OH-。160 g甲醇的物質的量是n(CH3OH)==5 mol，根據負極反應式可知：每1 mol甲醇發生反應，轉移電子的物質的量是6 mol，則反應的甲醇物質的量是5 mol，則轉移電子數目為N(e-)=5 mol×6NA/mol=30NA。