Question

4．（1）事實證明，能設計成原電池的反應通常是放熱反應，下列化學反應在理論上可以設計成原電池的是B（填序號）．
A．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H＞0  
B．2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H＜0
C．NaOH（aq）+HCl（aq）═NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0
（2）固體氧化物燃料電池的工作原理如圖1所示，已知電池中電解質為熔融固體氧化物，O^2-可以在其中自由移動．

①正極：電極b （填“電極a”或“電極b”）．O^2-移向負極（填“正”或“負”）．
②當燃料氣為C₂H₄時，其正極、負極反應式分別為正極：3O₂+12e^-═6O^2-；負極：C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O．
（3）電解法可消除甲醇對水質造成的污染，原理是：通電將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺將甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．現(xiàn)用如圖2所示裝置模擬上述過程，則Co²⁺在陽極的電極反應式為Co²⁺-e^-=Co³⁺；除去甲醇的離子方程式為6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．
（4）如圖3為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生的電化學腐蝕的示意圖．
①環(huán)境中的Cl^-擴散到孔口，并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu₂（OH）₃Cl，其離子方程式為2Cu²⁺+3OH^-+Cl^-=Cu₂（OH）₃Cl↓；
②若生成4.29g Cu₂（OH）₃Cl，則理論上耗氧氣體積為0.448L（標準狀況）．

Answer 1

分析 （1）常溫下屬于氧化還原反應的放熱反應，可設計為原電池，存在元素化合價變化的反應為氧化還原反應；
（2）①多孔電極a中燃料失電子發(fā)生氧化反應，O^2-向負極移動；
②當燃料氣為C₂H₄時，其正極發(fā)生還原反應、負極發(fā)生氧化反應；
（3）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；（4）Cl^-擴散到孔口，并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu₂（OH）₃Cl，負極上生成銅離子、正極上生成氫氧根離子，所以該離子反應為氯離子、銅離子和氫氧根離子反應生成Cu₂（OH）₃Cl沉淀；n[Cu₂（OH）₃Cl]=$\frac{4.29g}{214.5g/mol}$=0.05mol，根據(jù)轉移電子計算氧氣物質的量，再根據(jù)V=nV_m計算體積．

解答 解：（1）A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0，為氧化還原反應，但為吸熱反應，不能設計為原電池，故A錯誤；
B．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）△H＜0，為氧化還原反應，為放熱反應，能設計為原電池，故B正確；
C．NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0，不屬于氧化還原反應，不能設計為原電池，故C錯誤；
故答案為：B；
（2）①多孔電極a中燃料失電子發(fā)生氧化反應，所以電極b，O^2-向負極移動，故答案為：電極b；負；
②當燃料氣為C₂H₄時，其正極發(fā)生還原反應電極反應為：3O₂+12e^-═6O^2-；負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為：C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O，故答案為：3O₂+12e^-═6O^2-；C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O；
（3）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
（4）Cl^-擴散到孔口，并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu₂（OH）₃Cl，負極上生成銅離子、正極上生成氫氧根離子，所以該離子反應為氯離子、銅離子和氫氧根離子反應生成Cu₂（OH）₃Cl沉淀，離子方程式為2Cu²⁺+3OH^-+Cl^-=Cu₂（OH）₃Cl↓；n[Cu₂（OH）₃Cl]=$\frac{4.29g}{214.5g/mol}$=0.02mol，根據(jù)轉移電子得n（O₂）=$\frac{0.02mol×2×2}{4}$=0.02mol，V（O₂）=0.02mol×22.4L/mol=0.448L，
故答案為：2Cu²⁺+3OH^-+Cl^-=Cu₂（OH）₃Cl↓；0.448．

點評 本題考查了燃料電池的工作原理以及電極反應式的書寫等知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．