Question

（1）科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率更高，可用于航空航天．如圖1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，其中固體電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-（O₂+4e^--→2O^2-）．
（1）①c電極的名稱為

 

，d電極上的電極反應式為

 

．
②如圖2所示電解100mL 0.5mol?L^-1 CuSO₄溶液．若a電極產生56mL（標準狀況）氣體，則所得溶液的pH=

 

（不考慮溶液體積變化），若要使電解質溶液恢復到電解前的狀態(tài)，可加入

 

（填字母序號）．a．CuO　　　　　　b．Cu（OH）₂       c．CuCO₃     d．Cu₂（OH）₂CO₃
（2）采取一定措施可防止鋼鐵腐蝕．下列裝置中的燒杯里均盛有等濃度、等體積的NaCl溶液．
①在如圖3a～c裝置中，能保護鐵的是

 

（填字母）．
②若用d裝置保護鐵，X極的電極材料應是

 

（填名稱）．

Answer 1

考點：化學電源新型電池,金屬的電化學腐蝕與防護

專題：電化學專題

分析：（1）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，d為負極，甲烷失電子發(fā)生氧化反應；
②圖2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，結合電極方程式計算；
（2）①原電池的正極和電解池的陰極可以得到保護；
②裝置為原電池，若用d裝置保護鐵，X極的電極材料應比鐵活潑．

解答： 解：（1）①圖1是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應，d電極為電池負極，甲烷失電子發(fā)生還原反應，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-離子，負極電極反應為：CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
故答案為：正極；CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
②如圖2所示電解100mL0.5mol?L^-1CuSO₄溶液，發(fā)生的電解池反應為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
若a電極產生56mL（標準狀況）氣體為氧氣，物質的量為0.0025mol，消耗氫氧根離子物質的量為0.01mol，溶液中生成氫離子物質的量為0.01mol，c（H⁺）=

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Cu原子，就損失2個 O原子，相當于損失一個CuO，為了使CuSO₄溶液，恢復原濃度，應加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢復溶液濃度的定量關系，但不能加入Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，因為CuCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+CO₂↑+H₂O，相當于加CuO，而Cu（OH）₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O、Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄═2CuSO₄ +CO₂↑+3H₂O，除增加溶質外還增加了水，故選ac，
故答案為：1；ac；
（2）①裝置中原電池的正極和電解池的陰極可以得到保護，a中Fe作陽極被腐蝕，b中Fe作陰極被保護，c中Fe作正極被保護，則bc可以保護鐵，故答案為：bc；
②裝置為原電池，若用d裝置保護鐵，X極的電極材料應比鐵活潑可以選擇鋅，故答案為：鋅．

點評：本題考查了原電池和電解的有關判斷，是中等難度的試題，試題綜合性強，在注重對基礎知識鞏固和訓練的同時，主要是側重對學生能力的培養(yǎng)，有助于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力．