Question

【題目】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，以稀土金屬材料作惰性電極，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，它在高溫下能傳導正極生成的O2-(O2＋4e-=2O2-)。

（1）c電極的名稱為___，d電極上的電極反應式為___。

（2）如圖2所示用石墨電極電解100mL0.5mol·L-1CuSO4溶液，a電極上的電極反應式為___。

（3）若a電極產生56mL(標準狀況)氣體，則所得溶液中的c(H＋)=___(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，可加入___(填字母)。

a.CuO b.Cu(OH)2 c.CuCO3 d.Cu2(OH)2CO3

Answer 1

【答案】正極 CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O 4OH--4e-=2H2O＋O2↑(2H2O-4e-= O2↑+4H+) 0.1mol·L-1 ac

【解析】

圖1是原電池，依據電流流向是從正極經外電路流向負極可知，c為正極，d為負極；

圖2有外接電源，為電解池裝置，a與電源正極相連，為陽極，b為陰極，據此分析回答。

(1)由分析可知，圖1中c為正極，d為負極，燃料電池中，燃料在負極失電子，被氧化，結合電解質、電荷守恒、原子守恒可得：負極電極反應為：CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O，故答案為：正極；CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O；
由上面分析可知，圖2中：a電極為電解池中的陽極，因為是惰性電極，所以溶液中水電離的氫氧根離子在陽極失電子，被氧化，發生的電極反應為4OH--4e-=2H2O＋O2↑(2H2O-4e-= O2↑+4H+)，故答案為：4OH--4e-=2H2O＋O2↑(2H2O-4e-= O2↑+4H+)；

(3) 由4OH--4e-=2H2O＋O2↑可知，當產生1mol氧氣時，消耗4molOH-，同時產生4molH+，本題中：a電極產生標準狀況氧氣，物質的量為，消耗氫氧根離子物質的量為0.0025mol×4=0.01mol，故溶液中生成氫離子物質的量為，則c（H+）0.1mol·L-1。陰極，也就是b極，發生的反應為：Cu2++2e-=Cu，所以電解總反應為：，由總反應可知：電解溶液的過程中，每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子，相當于損失一個CuO，為了使溶液，恢復原濃度，應加入：

a．損失CuO，加入一定的CuO可以恢復原狀，a正確；

b．Cu(OH)2加進去比CuO多了1個H2O，b錯誤；

c．CuCO3看似多了CO2，但實際上加入后CuCO3和電解產生的硫酸反應生成CO2逸到空氣中去了，相當于CuO，c正確；

d．和b同理，多了H2O，d錯誤；

綜上所述：ac正確。

故答案為：1mol·L-1；ac。