Question

【題目】科學家制造出一種使用固態電解質的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空。如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作為惰性電極，在電極上分別通入CH4和空氣，其中固態電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導O2－(O2＋4e－=2O2－)。

(1)c電極的名稱為________(填“正極”或“負極”)，d電極上的電極反應式為： ____。

(2)如圖2所示用惰性電極電解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a電極上的電極反應式為： __________，若a電極產生56 mL(標準狀況)氣體，則所得溶液的c(H＋)=________(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】正極 CH4＋4O2－-8e－=CO2+2H2O 4OH－-4e－=2H2O＋O2↑ 0.1 mol·L－1 ac

【解析】

(1)依據裝置圖中電流流向分析，c為正極，氧氣得電子發生還原反應，d為負極，甲烷失電子發生氧化反應；

(2)圖2是電解池，與電源正極連接的a電極為陽極，發生4OH--4e-=O2↑+2H2O，b為陰極，發生為Cu2++2e-=Cu，結合電極方程式計算，使溶液恢復的方法是加入兩個電極產物反應后得到的物質。

(1)圖1是原電池，依據電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發生還原反應，d電極為電池負極，甲烷失電子發生還原反應，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，它在高溫下能傳導陽極生成的O2-離子，負極電極反應為：CH4+4O2－-8e－=CO2+2H2O；

(2)如圖2所示電解100mL0.5mol/LCuSO4溶液，發生的電解池反應為：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，與電源正極相連的為陽極，溶液中OH-失去電子發生氧化反應，電極反應為：4OH--4e-=2H2O+O2↑；

若a電極產生56mL(標準狀況)氣體為O2，其物質的量n(O2)=0.056L÷22.4L/mol=0.0025mol，消耗OH-離子的物質的量為n(OH-)=4n(O2)=0.01mol，則溶液中生成H+物質的量n(H+)= n(OH-)=0.01mol，c(H+)==0.1mol/L；

在所得溶液電解過程中，CuSO4溶液每反應產生2個Cu原子，就會同時損失2個O原子，相當于失去2個CuO，為了使CuSO4溶液，恢復原濃度，應加入CuO，也可以加入CuCO3，因為CuCO3+H2SO4=CuSO4+CO2↑+H2O，相當于加CuO，符合恢復溶液濃度的定量關系；但不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3，而Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO4═2CuSO4+CO2↑+3H2O，除增加溶質外還增加了水，故合理選項是ac。