Question

10．能存储大量电能的铝--空气电池工作原理如图1（电解池是电池的用电器）所示．
（1）电池中加入NaCl的作用是增强溶液导电性．
（2）负极反应式为4Al-12e^-=4Al³⁺，正极反应式为3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-．
（3）该电池的优点是能存储大量电能，环保、安全，产生铝的化合物是重要化工原料．与燃料电池相比，该电池不足之处是（写出一点即可）该电池需更换铝电极，是一次释放电能的化学反应装置，而燃料电池的燃料和氧化剂连续由外部供给，是可连续发电的装置；该电池工作产生的 Al₂O₃[或Al（OH）₃]会降低电极放电效率，燃料电池的产物可不断排出，能量转化率超 80%．
图1的电解池中盛有浓度均为 1mol•L^-1 的CuSO₄和NaCl混合溶液1L，用石墨电极进行电解．
（4）a 电极的名称为阴极，电解过程中，a 电极上最先生成的物质是Cu，b 电极最后产生的物质是O₂．
（5）在图2的坐标中画出该混合溶液 pH 随转移电子物质的量发生变化的曲线（不考虑气体在水中溶解，纵坐标不必标 pH 具体数值）．
（6）当转移电子物质的量由 3mol 增至 4mol 时，溶液 pH 变化的原因电解水使 c（H₂SO₄）增大，溶液pH减小．

Answer 1

分析 （1）铝--空气电池工作原理如图1，电池中加入NaCl增强溶液的导电性；
（2）铝--空气电池工作原理如图1，Al做负极失电子发生氧化反应，铂网载体做正极溶液中氧气得到电子发生还原反应；
（3）该电池需更换铝电极，是一次释放电能的化学反应装置，该电池工作产生的 Al₂O₃[或Al（OH）₃]会降低电极放电效率；
（4）电解池中盛有浓度均为 1mol•L^-1 的CuSO₄和NaCl混合溶液1L，用石墨电极进行电解，原电池为原电池负极和电解池阴极相连，a为阴极，溶液中铜离子得到电子发生还原反应，b为电解池阳极，溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气；
（5）电解池中盛有浓度均为 1mol•L^-1 的CuSO₄和NaCl混合溶液1L，n（CuSO₄）=n（NaCl）=1mol，结合电极反应判断，
将等物质的量浓度的CuSO₄溶液和NaCl溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解顺序为先电解氯化铜，再电解硫酸铜，最后电解水．CuSO₄的和NaCl各1mol，电解分3个阶段：
阳极：1mol氯离子失1mol电子，阴极：$\frac{1}{2}$mol铜离子得1mol电子，由于铜离子水解使溶液酸性减弱，铜离子浓度逐渐减小，溶液pH值逐渐增大；
阳极：1mol氢氧根离子失1mol电子（来源于水的电离），阴极：$\frac{1}{2}$mol铜离子再得1mol电子，由于氢氧根离子消耗，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH值迅速减小；
阳极：氢氧根离子失去电子，阴极：氢离子得到电子，开始电解水，溶液中氢离子浓度逐渐增大，pH值减小；
（6）当转移电子物质的量由 3mol 增至 4mol 时，实质是电解水．

解答 解：（1）电池中加入NaCl的作用是：增强溶液导电性，
故答案为：增强溶液导电性；
（2）铝--空气电池工作原理如图1，Al做负极失电子发生氧化反应，电极反应为：4Al-12e^-=4Al³⁺，铂网载体做正极溶液中氧气得到电子发生还原反应，电极反应为：3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-，
故答案为：4Al-12e^-=4Al³⁺；3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-；
（3）该电池的优点是能存储大量电能，环保、安全，产生铝的化合物是重要化工原料．与燃料电池相比，该电池不足之处是：该电池需更换铝电极，是一次释放电能的化学反应装置，而燃料电池的燃料和氧化剂连续由外部供给，是可连续发电的装置；该电池工作产生的 Al₂O₃[或Al（OH）₃]会降低电极放电效率，燃料电池的产物可不断排出，能量转化率超 80%，
故答案为：该电池需更换铝电极，是一次释放电能的化学反应装置，而燃料电池的燃料和氧化剂连续由外部供给，是可连续发电的装置；该电池工作产生的 Al₂O₃[或Al（OH）₃]会降低电极放电效率，燃料电池的产物可不断排出，能量转化率超 80%；
（4）电解池中盛有浓度均为 1mol•L^-1 的CuSO₄和NaCl混合溶液1L，用石墨电极进行电解，原电池为原电池负极和电解池阴极相连，a为阴极，溶液中铜离子得到电子Cu发生还原反应，电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，a 电极上最先生成的物质是Cu，b为电解池阳极，溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，电极反应为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，b 电极最后产生的物质是O₂，
故答案为：阴极； Cu；O₂；
（5）电解池中盛有浓度均为 1mol•L^-1 的CuSO₄和NaCl混合溶液1L，n（CuSO₄）=n（NaCl）=1mol，结合电极反应判断，
将等物质的量浓度的CuSO₄溶液和NaCl溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解顺序为先电解氯化铜，再电解硫酸铜，最后电解水．CuSO₄的和NaCl各1mol，电解分3个阶段：
阳极：1mol氯离子失1mol电子，阴极：$\frac{1}{2}$mol铜离子得1mol电子，由于铜离子水解使溶液酸性减弱，铜离子浓度逐渐减小，溶液pH值逐渐增大；
阳极：1mol氢氧根离子失1mol电子（来源于水的电离），阴极：$\frac{1}{2}$mol铜离子再得1mol电子，由于氢氧根离子消耗，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH值迅速减小；
阳极：氢氧根离子失去电子，阴极：氢离子得到电子，开始电解水，溶液中氢离子浓度逐渐增大，pH值减小，图象为：，
故答案为：；
（6）当转移电子物质的量由 3mol 增至 4mol 时，实质是电解水，使 c（H₂SO₄）增大，溶液pH减小，
故答案为：电解水使 c（H₂SO₄）增大，溶液pH减小．

点评 本题考查了溶液导电性、原电池和电解池原理分析、电极反应书写、图象绘制等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．