Question

【題目】科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空。如下圖所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在電極上分別通入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O2－(O2＋4e－===2O2－)。

（1）c電極作________極，d電極上的電極反應式為_________________________________。

（2）如下圖所示用惰性電極電解100mL0.5mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應式為_________，若a電極產生56mL(標準狀況)氣體，則所得溶液的pH＝________(不考慮溶液體積變化)，若要使電解質溶液恢復到電解前的狀態，可加入________(填字母)。

a．CuO b．Cu(OH)2 c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3

Answer 1

【答案】(1)正極 CH4＋4O2－－8e－=CO2↑＋2H2O

(2)4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 1 ac

【解析】

(1)原電池中電流的方向是從正極流向負極，故c電極為正極；d電極為負極，通入的氣體為甲烷，d電極反應式為：CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O。

(2)用惰性電極電解CuSO4溶液時，陽極(a電極)反應式：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；陰極反應式：2Cu2＋＋4e－=2Cu，

n(O2)＝＝2.5×10－3mol。

線路中轉移電子的物質的量為2.5×10－3mol×4＝0.01 mol，溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol/L，

pH＝－lg 0.1＝1。加入CuO或CuCO3與溶液中的H＋反應，可使電解質溶液恢復到電解前的狀態。