Question

10．希腊化学家提出了电解合成氨的新思路，采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）为介质，实现了常温常压下高转化率的电解法合成氨．与甲醇燃料电池相比，乙醇燃料电池具有毒性低、理论能量密度高等优点，因此被广泛认为是更有前途的燃料电池．如图所示是一个乙醇燃料电池工作时的示意图．乙池中的两个电极均为石墨电极，乙池中盛有100mL 3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液；请回答下列问题：

（1）甲池中通入乙醇的电极Pt作电源的负极．该极的电极反应式C₂H₅OH-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．
（2）N的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
（3）丙池中Pt电极A是阴极（填“阳”或“阴”），该极上的电极反应式是N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃．
（4）丁池是模拟工业上用电渗析法生产HI示意图．写出阴极的电极反应式：I_x^-+（x-1）e^-=xI^-．
（5）若乙池中两电极产生的气体体积恰好相等时（标准状况下），理论上需通入乙醇4.6g．

Answer 1

分析 （1）甲池为燃料电池，其中氧气为正极反应物，燃料乙醇为负极反应物失电子发生氧化反应；
（2）电解池中，和电源的正极相连的是阳极，该极上发生氧化反应，和电源的负极相连的是阴极，该极上发生得电子的还原反应；
（3）根据图示Pt电极A与负极乙醇相连可知Pt电极A是阴极，阴极上发生得电子的还原反应来回答；
（4）依据图象中阴极上的离子变化可知是I_x^-得到电子生成I^-；结合电荷守恒、原子守恒配平电极反应；
（5）根据电极反应式结合电子守恒来计算．

解答 解：（1）甲池为燃料电池，其中氧气为正极反应物，燃料乙醇为负极反应物，乙醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案为：负；C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（2）燃料电池的正极上是氧气发生得电子的还原反应，电解池中，和电源的正极相连的是阳极，该极上发生氧化反应，所以N是阳极，该极上电极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（3）根据图示Pt电极A与负极乙醇相连可知Pt电极A是阴极，阴极发生得电子的还原反应，即N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃，故答案为：阴；N₂+6e^-+6H⁺=2NH₃；
（4）图象中阴极上的离子变化可知是I_x^-得到电子生成I^-；结合电荷守恒、原子守恒配平电极反应为：I_x^-+（x-1）e^-=xI^-，故答案为：I_x^-+（x-1）e^-=xI^-；
（5）乙池中发生的反应分别是：阳极上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，阴极上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，100mL3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液中铜离子物质的量是：0.3mol，铜离子得电子的是0.6mol，若两电极产生的气体恰好相等时（假设标准状况下），设均为nmol，则2n+0.6=4n，解得n=0.3，即装置在转移电子的物质的量是1.2mol，乙醇燃料电池的负极上发生反应：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，当转移电子是1.2mol，消耗乙醇的物质的量是0.1mol，质量是0.1mol×46g/mol=4.6g，
故答案为：4.6．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，根据反应的自发性确定原电池和电解池，再结合转移电子相等进行解答，题目难度不大．