Question

【題目】以甲烷為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問題：

(1)B極電極反應式為______________________。

(2)若用該燃料電池作電源，用石墨作電極電解硫酸銅溶液，當陽極收集到11.2L（標準狀況）氣體時，消耗甲烷的質(zhì)量為__________g；若外電路只通過了0.06mol電子，且陰極產(chǎn)生氣體在標準狀況下的體積為224mL,要使原溶液復原，可向電解后的溶液中加入____________。

A.CuO1.60g H2O 0.18g B.Cu(OH)2 1.96g

C.Cu2(OH)2CO3 2.22g D.CuCO3 2.48g

(3)目前已開發(fā)出用電解法制取ClO2的新工藝，簡易裝置如圖所示：

①若用上述甲烷燃料電池進行電解，則甲烷燃料電池的負極應該接該裝置的_____（填“左”或“右”）邊電極；寫出陽極產(chǎn)生ClO2的電極反應式_________________________________。

②電解一段時間，當陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL(標準狀況下)時，停止電解。通過陽離子交換膜的陽離子的數(shù)目為__________。

Answer 1

【答案】.CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O 4 AC 右 Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+ 0.01NA

【解析】

（1）B極上是甲烷發(fā)生氧化反應，生成二氧化碳，由此書寫電極反應式；

（2）電解時陽極是水電離出的氫氧根離子放電，生成氧氣，由此書寫電極反應式；根據(jù)整個電路轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相等分析解答；電解質(zhì)復原：出什么加什么，據(jù)此回答；

（3）①根據(jù)鈉離子的移動方向可知a極為電解池的陽極，與電源的正極相連接，故接右邊，在陽極為氯離子放電，且生成物為ClO2，由此書寫電極反應式；

②H+在陰極上放電產(chǎn)生氫氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n（e-）=2n（H2）=2×0.112L÷22.4L/mol=0.01mol，則在內(nèi)電路中移動的電荷為0.01mol，由此分析解答。

（1）由陰離子移動方向可知B為負極，負極發(fā)生氧化反應，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，電極方程式為.CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

故答案為：.CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O

（2）用惰性電解硫酸銅溶液時，陽極為水電離的OH-放電，電極反應式為：2H2O-4e-=4H++O2↑，當陽極產(chǎn)生11.2L氣體時，轉(zhuǎn)移的電子為11.2L÷22.4L/mol×4=2mol，由電子守恒可得甲醇的質(zhì)量為2mol÷8××16g/mol=4g，在電解硫酸銅溶液的過程中，陰極析出銅，陽極析出氧氣，若要使溶液復原，根據(jù)原子守恒可知應向溶液中加入CuO或CuCO3，根據(jù)計算可知答案；故答案為：4；AC；

（3）①根據(jù)鈉離子的移動方向可知左邊為電解池的陽極，與電源的正極相連接，故接右邊，在陽極為氯離子放電，且生成物為ClO2，則電極反應為：Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+ ，故答案為：右邊；Cl--5e-+2H2O=ClO2+4H+ ；

②H+在陰極上放電產(chǎn)生氫氣，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n（e-）=2n（H2）=2×0.112L/22.4L/mol

=0.01mol，則在內(nèi)電路中移動的電荷為0.01mol，通過陽離子交換膜的陽離子的數(shù)目為0.01NA，故答案為：0.01NA