Question

3．以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图．下列说法正确的是（　　）

• A． 以此电池为电源电解精炼铜，当有0.1 mol e^-转移时，有3.2 g铜溶解
• B． 若以甲烷为燃料气时负极极反应式：CH₄+5O^2--8e^-═CO₃^2-+2H₂O
• C． 该电池使用过程中需补充Li₂CO₃和K₂CO₃
• D． 空气极发生的电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂═2CO${\;}_{3}^{2-}$

Answer 1

分析 该燃料电池中，通入甲烷的一极为原电池的负极，发生氧化反应，根据图示信息知道负极电极反应式为：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，通入空气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
A、依据电子守恒结合电极反应计算得到；
B、原电池的负极上发生失电子的氧化反应；
C、根据得失电子守恒，分析判断碳酸离子浓度的变化情况；
D、空气极是氧气得到电子，生成碳酸根离子的反应．

解答 解：A、电解精炼铜，阴极上铜离子得到电子生成铜，电极反应Cu²⁺+2e^-=Cu，当电路有0.1mol e^-转移反应生成铜0.05mol，如果全部是铜放电，则溶解的铜的质量=0.05mol×64g/mol=3.2g，粗铜有比铜更活泼的金属首先放电，所以溶解的铜小于3.2g，故A错误；
B、根据图示信息，通入甲烷的电极是负极，在负极上，甲烷变为氢气，氢气发生失电子的氧化反应，即H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，故B错误；
C、假设转移4mol的电子，根据电极反应：负极电极反应式为：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，通入空气和CO₂的混合气体一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，负极消耗2mol的碳酸根离子，正极产生2mol的碳酸根离子，所以碳酸根离子的浓度不变，无需补充Li₂CO₃和K₂CO₃，故C错误；
D、原电池正极上的电极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故D正确；
故选：D．

点评 本题考查了图象分析判断的方法应用，原电池原理的分析判断和电极反应的分析判断，掌握基础是解题的关键，题目难度中等．