Question

【題目】(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1所示是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

①該電池放電時(shí)正極產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)，寫出正極的電極反應(yīng)式為_________。

②鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向______(填“左”或“右”)移動(dòng)；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動(dòng)。

③圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有____________。

(2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如下圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是_____，A是________。

(3)利用原電池工作原理測(cè)定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如下圖所示。該電池中O2－可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動(dòng)，工作時(shí)O2－的移動(dòng)方向________(填“從a到b”或“從b到a”)，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為____________。

Answer 1

【答案】FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH- 右 左 使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定 N2+8H++6e-=2NH4+ NH4Cl b到a CO-2e-+O2-=CO2

【解析】

(1)①根據(jù)電池裝置，Zn做負(fù)極，C為正極，高鐵酸鉀的氧化性很強(qiáng)，正極上高鐵酸鉀發(fā)生還原反應(yīng)生成Fe(OH)3；②原電池工作時(shí)，陰離子向原電池負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正移動(dòng)；③根據(jù)圖像從使用時(shí)間的長(zhǎng)短和工作電壓角度分析解答；

(2)該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，所以正極是氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此寫出正極的電極反應(yīng)式；生成的銨根離子與溶液中的氯化氫結(jié)合生成氯化銨；

(3)原電池放電時(shí)電子從負(fù)極流向正極，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，負(fù)極上一氧化碳失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳。

(1)①根據(jù)電池裝置示意圖，Zn做負(fù)極，C為正極，高鐵酸鉀的氧化性很強(qiáng)，正極上高鐵酸鉀發(fā)生還原反應(yīng)生成Fe(OH)3，正極的電極反應(yīng)式為：FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH-，故答案為：FeO42-+4H2O+3e-═Fe(OH)3↓+5OH-；

②鹽橋中陰離子向原電池負(fù)極移動(dòng)。鹽橋起的作用是使兩個(gè)半電池連成一個(gè)通路，使兩溶液保持電中性，起到平衡電荷，構(gòu)成閉合回路，放電時(shí)鹽橋中氯離子向右移動(dòng)，若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子(陽離子)向左移動(dòng)，故答案為：右；左；

③由圖可知高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有：使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定，故答案為：使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定；

(2)該電池的本質(zhì)是合成氨反應(yīng)，所以正極上是氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為N2+8H++6e-=2NH4+；生成的銨根離子與溶液中的氯化氫結(jié)合生成氯化銨，所以A是NH4Cl，故答案為：N2+8H++6e-=2NH4+；NH4Cl；

(3)依據(jù)圖可知：一氧化碳-空氣形成燃料電池，一氧化碳失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式CO-2e-+O2-=CO2，所以一氧化碳所在極為負(fù)極，通入空氣的一極為正極，原電池放電時(shí)電子從負(fù)極流向正極，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以工作時(shí)O2-的移動(dòng)方向從b到a，故答案為：b到a；CO-2e-+O2-=CO2。