题目内容
【题目】(1)高铁酸钾不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。总反应式为
,如图是高铁电池的模拟实验装置:
①该电池盐桥中盛有饱和溶液,此盐桥中氯离子向______(填“左”或“右”)移动。
②该电池放电时正极的电极反应式为______;充电时每转移0.3mol电子,有______mol生成,正极附近溶液的碱性______(填“增强”,“不变”或“减弱”)。
③上图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有_________________。
(2)“”电池可将
变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“
”电池,以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料,总反应为
。放电时该电池“吸入”
,其工作原理如图所示:
①充电时,正极的电极反应式为________________________________。
②放电时,若生成的和
全部沉积在电极表面,当转移0.2mol
时,两极的质量差为______。
【答案】右 FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH- 0.1 减弱 使用时间长、工作电压稳定 15.8g
【解析】
(1) ①盐桥可起到平衡电荷,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动;
②该电池放电时正极高铁酸根离子得电子发生还原反应;根据高铁酸钾和转移电子之间的关系式计算;充电时正极反应和放电时相反,消耗氢氧根离子;
③根据图中的放电时间、电压稳定性分析高铁电池的优点。
(2)①充电时该电池“放出”CO 2,正极变为电解池的阳极,失电子发生氧化反应,据此书写电极方程式;
②由放电时总反应4Na+3CO2=2Na2CO3+C可知,放电时负极消耗钠,质量减小,正极生成碳酸钠和碳质量增加,根据电极反应计算质量变化值。
(1)①盐桥中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路,使两溶液保持电中性,起到平衡电荷,构成闭合回路,故放电时盐桥中氯离子向右移动,
故答案为:右;
②放电时,负极电极反应式为Zn-2e-+2OH-═Zn(OH)2,正极上得电子发生还原反应,由电池的总反应方程式-负极反应式=正极反应式可知,正极反应式为FeO42-+3e-+4H2O═Fe(OH)3+5OH-;充电时,理论上分析,每生成1molK2FeO4转移3mol电子,所以每转移0.3mol电子,有0.1mol生成;充电时,正极接电源正极,作阳极,发生氧化反应,根据电极反应式知,正极附近有氢氧根离子被消耗,所以正极附近溶液碱性减弱,
故答案为:FeO42-+3e-+4H2O═Fe(OH)3+5OH-;0.1;减弱;
③由图可知高铁电池的优点有:使用时间长、工作电压稳定。
故答案为:使用时间长、工作电压稳定;
(2)①充电时该电池“放出” CO2,正极变为电解池的阳极,失电子发生氧化反应,故电极方程式为2Na2CO3+C-4e=3CO2↑+4Na+ ,
故答案为:2Na2CO3+C-4e=3CO2↑+4Na+
②由放电时总反应4Na+3CO2=2Na2CO3+C可知,当转移0.2mol时,负极消耗0.2molNa,质量减少0.2mol×23g/mol=4.6g;同时正极产生0.1mol Na2CO3和0.05molC,质量增加(0.1mol×106g/mol+0.05mol×12g/mol)=11.2g,两极的质量差为11.2g+4.6g=15.8g。
故答案为:15.8g。
