Question

10．希臘化學(xué)家提出了電解合成氨的新思路，采用高質(zhì)子導(dǎo)電性的SCY陶瓷（能傳遞H⁺）為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下高轉(zhuǎn)化率的電解法合成氨．與甲醇燃料電池相比，乙醇燃料電池具有毒性低、理論能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛認(rèn)為是更有前途的燃料電池．如圖所示是一個(gè)乙醇燃料電池工作時(shí)的示意圖．乙池中的兩個(gè)電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL 3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液；請(qǐng)回答下列問題：

（1）甲池中通入乙醇的電極Pt作電源的負(fù)極．該極的電極反應(yīng)式C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．
（2）N的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
（3）丙池中Pt電極A是陰極（填“陽(yáng)”或“陰”），該極上的電極反應(yīng)式是N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
（4）丁池是模擬工業(yè)上用電滲析法生產(chǎn)HI示意圖．寫出陰極的電極反應(yīng)式：I_x^-+（x-1）e^-=xI^-．
（5）若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），理論上需通入乙醇4.6g．

Answer 1

分析 （1）甲池為燃料電池，其中氧氣為正極反應(yīng)物，燃料乙醇為負(fù)極反應(yīng)物失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）電解池中，和電源的正極相連的是陽(yáng)極，該極上發(fā)生氧化反應(yīng)，和電源的負(fù)極相連的是陰極，該極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（3）根據(jù)圖示Pt電極A與負(fù)極乙醇相連可知Pt電極A是陰極，陰極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)來(lái)回答；
（4）依據(jù)圖象中陰極上的離子變化可知是I_x^-得到電子生成I^-；結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)；
（5）根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來(lái)計(jì)算．

解答 解：（1）甲池為燃料電池，其中氧氣為正極反應(yīng)物，燃料乙醇為負(fù)極反應(yīng)物，乙醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為：C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：負(fù)；C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（2）燃料電池的正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電解池中，和電源的正極相連的是陽(yáng)極，該極上發(fā)生氧化反應(yīng)，所以N是陽(yáng)極，該極上電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（3）根據(jù)圖示Pt電極A與負(fù)極乙醇相連可知Pt電極A是陰極，陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案為：陰；N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（4）圖象中陰極上的離子變化可知是I_x^-得到電子生成I^-；結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平電極反應(yīng)為：I_x^-+（x-1）e^-=xI^-，故答案為：I_x^-+（x-1）e^-=xI^-；
（5）乙池中發(fā)生的反應(yīng)分別是：陽(yáng)極上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，100mL3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液中銅離子物質(zhì)的量是：0.3mol，銅離子得電子的是0.6mol，若兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時(shí)（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下），設(shè)均為nmol，則2n+0.6=4n，解得n=0.3，即裝置在轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是1.2mol，乙醇燃料電池的負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子是1.2mol，消耗乙醇的物質(zhì)的量是0.1mol，質(zhì)量是0.1mol×46g/mol=4.6g，
故答案為：4.6．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池和電解池原理，根據(jù)反應(yīng)的自發(fā)性確定原電池和電解池，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子相等進(jìn)行解答，題目難度不大．