Question

9．科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空．圖甲所示裝置中，以稀土金屬材料為惰性電極，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導(dǎo)陽極生成的O^2-（O₂+4e=2O^2-）

①c電極為正極，d電極上的電極反應(yīng)式為CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-．
②圖乙是用惰性電極電解100mL 0.5mol•L^-1 CuSO₄溶液，a電極上的電極反應(yīng)式為4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-．若a電極產(chǎn)生56mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，則所得溶液的pH=1（不考慮溶液體積變化），若要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀態(tài)，可加入ac（選填字母序號）
a．CuO         b．Cu（OH）₂         c．CuCO₃       d．Cu₂（OH）₂CO₃．

Answer 1

分析 ①依據(jù)裝置圖中電流流向分析，c為正極，氧氣的電子發(fā)生還原反應(yīng)，d為負(fù)極，甲烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②圖乙是電解池，與電源正極連接的a電極為陽極，發(fā)生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，b為陰極，發(fā)生為Cu²⁺+2e^-═Cu，結(jié)合電極方程式計(jì)算．

解答 解：①圖甲是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負(fù)極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，d電極為電池負(fù)極，甲烷失電子發(fā)生還原反應(yīng)，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導(dǎo)陽極生成的O^2-離子，負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
故答案為：正極； CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
②如圖乙所示電解100mL0.5mol•L^-1CuSO₄溶液，發(fā)生的電解池反應(yīng)為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，與電源正極相連的為陽極，溶液中 氫氧根離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；
若a電極產(chǎn)生56mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體為氧氣，物質(zhì)的量為0.0025mol，消耗氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中生成氫離子物質(zhì)的量為0.01mol，c（H⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1；
則所得溶液電解過程中CuSO₄溶液每損失2個(gè)Cu原子，就損失2個(gè) O原子，相當(dāng)于損失一個(gè)CuO，為了使CuSO₄溶液，恢復(fù)原濃度，應(yīng)加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢復(fù)溶液濃度的定量關(guān)系，但不能加入Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，因?yàn)镃uCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+CO₂↑+H₂O，相當(dāng)于加CuO，而Cu（OH）₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O、Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄═2CuSO₄ +CO₂↑+3H₂O，除增加溶質(zhì)外還增加了水，故選ac．
故答案為：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；1；ac．

點(diǎn)評 本題考查電解的有關(guān)判斷，是中等難度的試題，試題綜合性強(qiáng)，在注重對基礎(chǔ)知識鞏固和訓(xùn)練的同時(shí)，主要是側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力，提高學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識解決實(shí)際問題的能力．