Question

【題目】科學(xué)家制造出一種使用固態(tài)電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空。如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作為惰性電極，在電極上分別通入CH4和空氣，其中固態(tài)電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2－(O2＋4e－=2O2－)。

(1)c電極的名稱為________(填“正極”或“負極”)，d電極上的電極反應(yīng)式為： ____。

(2)如圖2所示用惰性電極電解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應(yīng)式為： __________，若a電極產(chǎn)生56 mL(標準狀況)氣體，則所得溶液的c(H＋)=________(不考慮溶液體積變化)，若要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，可加入________(填字母)。

a.CuO b.Cu(OH)2 c.CuCO3 d.Cu2(OH)2CO3

Answer 1

【答案】正極 CH4＋4O2－-8e－=CO2+2H2O 4OH－-4e－=2H2O＋O2↑ 0.1 mol·L－1 ac

【解析】

(1)依據(jù)裝置圖中電流流向分析，c為正極，氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，d為負極，甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

(2)圖2是電解池，與電源正極連接的a電極為陽極，發(fā)生4OH--4e-=O2↑+2H2O，b為陰極，發(fā)生為Cu2++2e-=Cu，結(jié)合電極方程式計算，使溶液恢復(fù)的方法是加入兩個電極產(chǎn)物反應(yīng)后得到的物質(zhì)。

(1)圖1是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，d電極為電池負極，甲烷失電子發(fā)生還原反應(yīng)，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)陽極生成的O2-離子，負極電極反應(yīng)為：CH4+4O2－-8e－=CO2+2H2O；

(2)如圖2所示電解100mL0.5mol/LCuSO4溶液，發(fā)生的電解池反應(yīng)為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，與電源正極相連的為陽極，溶液中OH-失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；

若a電極產(chǎn)生56mL(標準狀況)氣體為O2，其物質(zhì)的量n(O2)=0.056L÷22.4L/mol=0.0025mol，消耗OH-離子的物質(zhì)的量為n(OH-)=4n(O2)=0.01mol，則溶液中生成H+物質(zhì)的量n(H+)= n(OH-)=0.01mol，c(H+)==0.1mol/L；

在所得溶液電解過程中，CuSO4溶液每反應(yīng)產(chǎn)生2個Cu原子，就會同時損失2個O原子，相當于失去2個CuO，為了使CuSO4溶液，恢復(fù)原濃度，應(yīng)加入CuO，也可以加入CuCO3，因為CuCO3+H2SO4=CuSO4+CO2↑+H2O，相當于加CuO，符合恢復(fù)溶液濃度的定量關(guān)系；但不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3，而Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO4═2CuSO4+CO2↑+3H2O，除增加溶質(zhì)外還增加了水，故合理選項是ac。