Question

3．氮化鎵是目前最熱門(mén)的半導(dǎo)體材料，應(yīng)用前景非常廣闊．已有科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了以CO₂和H₂O合成CH₄，裝置如圖所示，回答下列問(wèn)題：
（1）氮化鎵電極為負(fù)極，寫(xiě)出銅電極表面的電極反應(yīng)式的CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
（2）電池內(nèi)部H⁺流動(dòng)的方向?yàn)閺淖笙蛴遥ㄌ睢皬挠蚁蜃蟆被颉皬淖笙蛴摇保��?br />（3）電路中每產(chǎn)生1mol電子，理論上可以生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂5.6L．
（4）為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量的酸，最好選擇硫酸（選填“鹽酸”“硝酸”或“硫酸”）．

Answer 1

分析 該裝置中，產(chǎn)生氧氣是水中的氧失電子化合價(jià)升高的結(jié)果，產(chǎn)生甲烷是二氧化碳中的碳得電子化合價(jià)降低的結(jié)果，則GaN是負(fù)極、Cu是正極，負(fù)極反應(yīng)式為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，正極反應(yīng)式為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O，電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，以此解答該題．

解答 解：（1）該裝置中，產(chǎn)生氧氣是水中氧化合價(jià)升高的結(jié)果，則GaN是負(fù)極、Cu是正極，負(fù)極反應(yīng)式為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，正極反應(yīng)式為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O，
故答案為：負(fù)；CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
（2）電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，所以電池內(nèi)部H⁺流動(dòng)的方向?yàn)閺淖笙蛴遥?br />故答案為：從左向右；
（3）負(fù)極反應(yīng)式為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑，轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系式為：O₂～4e^-，電路中每產(chǎn)生1mol電子，理論上可以生成氧氣$\frac{1}{4}$mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為：$\frac{1}{4}mol×22.4L/mol$=5.6L，
故答案為：5.6；
（4）可向裝置中加入少量的酸作電解質(zhì)，由于鹽酸易揮發(fā)，生成的甲烷中會(huì)混有HCl氣體，硝酸會(huì)與電極銅發(fā)生反應(yīng)，所以只能加入硫酸，
故答案為：硫酸．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源新型電池，題目難度中等，明確原電池原理為解答根據(jù)，注意正確判斷電極反應(yīng)、電子流向、離子流向，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)．