Question

【題目】依據原電池原理，回答下列問題：

（1）圖1是依據氧化還原反應：Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）設計的原電池裝置。

①電極X的材料是________（填化學名稱）；電極Y的材料是__________（填化學名稱）。

②Y電極發生的電極反應式為：______________。

（2）圖2是使用固體電解質的燃料電池，裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導正極生成的O2－離子(O2＋4e―→2O2－)。

①c電極為______________極。（填“正”或“負”）

②d電極上的電極反應式為___________________________。

③如果消耗甲烷160g，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），需要消耗標準狀況下氧氣的體積為_______L。

Answer 1

【答案】銅 碳（石墨、金、鉑、銀） 2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋ 正 CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O 80NA 448

【解析】

（1）因為氧化還原反應，Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）中，Cu失去電子，化合價升高，是原電池中電子流出的一極，而Fe3＋化合價降低，發生還原反應，由此回答；

（2）依據圖2電流方向，可以看出①c電極是燃料電池電子流入的一級，為正極；②d電極為電子流出的電極，為燃料電池的負極；③根據電池反應式，計算消耗甲烷160g，轉移電子數和需要消耗標準狀況下氧氣的體積；

（1）由Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）可知：Cu失去電子，化合價升高，是電子流出的一極，為原電池的負極，故電極X的材料是銅，電極Y是原電池的正極，發生Fe3+得電子的還原反應，可選擇惰性電極碳或比銅活波性弱的材料做電極，如碳（石墨、金、鉑、銀）做正極，原電池正極的電極反應式為：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋；

本題答案為：銅，碳（石墨、金、鉑、銀）；2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋（或Fe3＋＋e－＝Fe2＋）。

（2）有圖2電流方向可以看出，①c電極是燃料電池電子流入的一級，為正極；②d電極為電子流出的電極，為燃料電池的負極，負極發生CH4失電子的氧化反應，電極反應式為：CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O；③根據電池反應式，CH4 2O2=CO22H2O，160g CH4的物質的量為，n(CH4)==10mol，設有xmol電子轉移，則1:8=10：X，解得X=80mol，轉移電子電子數目為80NA，消耗O2的物質的量為：n(O2=)20mol，體積V（O2）=20mol22.4L/mol=448L；

本題答案為：正 ， CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O ，80NA ，448。