Question

【題目】(1)目前常用的鎳(Ni)鎘(Cd)電池，其電池總反應(yīng)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(yīng)式是___________，負(fù)極的反應(yīng)式是___________。放電時(shí)負(fù)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(shí)，外電路上電流的方向應(yīng)從電極________(填A或B)流向用電器。內(nèi)電路中，CO32-向電極___________(填A或B)移動(dòng)，電極A上CO參與的電極反應(yīng)為___________。

(3)將兩鉑片插入KOH溶液中作為電極，在兩極區(qū)分別通入甲醇(CH3OH)和氧氣構(gòu)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(yīng)式是____________，通入氧氣的電極是原電池的____極，電極反應(yīng)式是___________________。如果消耗甲醇160 g，假設(shè)化學(xué)能完全轉(zhuǎn)化為電能，則轉(zhuǎn)移電子的數(shù)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(fù)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(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)化學(xué)方程式分析，Cd作原電池負(fù)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(fā)生還原反應(yīng)生成Ni(OH)2，根據(jù)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(fù)極，電流從正極流向負(fù)極，溶液中陰離子移向負(fù)極，A電極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳；

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

(1)放電過程為原電池反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)化學(xué)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(fā)生還原反應(yīng)生成Ni(OH)2，所以正極電極反應(yīng)為：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-；Cd作原電池負(fù)極，失電子在堿性溶液中生成Cd(OH)2，負(fù)極電極反應(yīng)為：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，由于放電時(shí)負(fù)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(fù)極，電流從正極流向負(fù)極，電池工作時(shí)，外電路上電流的方向應(yīng)從電極B流向用電器，內(nèi)電路中，CO32-向負(fù)極A電極移動(dòng)，電極A上CO參與的電極反應(yīng)，CO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，該電極反應(yīng)為：CO-2e-+CO32-=2CO2；

(3)CH3OH、O2和KOH溶液構(gòu)成燃料電池，CH3OH易失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，通入CH3OH的電極為負(fù)極，CH3OH失去電子被氧化，與溶液中的OH-結(jié)合形成H2O，負(fù)極上電極反應(yīng)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(jié)合形成OH-，正極上電極反應(yīng)式為為O2+4e-+2H2O=4OH-。160 g甲醇的物質(zhì)的量是n(CH3OH)==5 mol，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式可知：每1 mol甲醇發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是6 mol，則反應(yīng)的甲醇物質(zhì)的量是5 mol，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為N(e-)=5 mol×6NA/mol=30NA。