题目内容

科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,其效率更高,可用于航天航空。如图1所示装置中,以稀土金属材料作惰性电极,在两极上分别通入CH4和空气,其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,它在高温下能传导阳极生成的O2离子(O2+4e―→2O2)。

(1)c电极的名称为       ,d电极上的电极反应式为                        
(2)如图2所示用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L-1CuSO4溶液,a电极上的电极反应式为                                       ,若a电极产生56 mL(标准状况)气体,则所得溶液的pH=       (不考虑溶液体积变化),若要使电解质溶液恢复到电解前的状态,可加入       (填序号)。
a.CuO           b.Cu(OH)2
c.CuCO3         d.Cu2(OH)2CO3
(1)正极 CH4+4O2-8e=CO2↑+2H2O
(2)4OH-4e=2H2O+O2↑ 1 ac
(1)原电池中电流的方向是从正极流向负极,故c电极为正极;d电极为负极,通入的气体为甲烷,d电极反应式为:CH4+4O2-8e=CO2+2H2O。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时,阳极(a电极)反应式:4OH-4e=2H2O+O2↑;阴极反应式:2Cu2+4e=2Cu,
n(O2)==2.5×10-3mol。
线路中转移电子的物质的量为2.5×10-3 mol×4=0.01 mol,溶液中c(H)==0.1 mol/L,
pH=-lg 0.1=1。加入CuO或CuCO3与溶液中的H反应,可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
练习册系列答案
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原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步,是化学对人类的一项重大贡献。
(1)现有如下两个反应:A.NaOH+HCl=NaCl+H2O;B.Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
判断能否设计成原电池A.     ,B.     。(填“能”或“不能”)
(2)将纯锌片和纯铜片按图方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间,回答下列问题:

①下列说法正确的是           
A.甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B.乙中铜片上没有明显变化
C.甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少
D.两烧杯中溶液的pH均增大
②在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速度:甲       乙(填“>”、“<“或“=” )
③请写出图中构成原电池的负极电极反应式                        
④当乙中产生1.12L(标准状况)气体时,将锌、铜片取出,再将烧杯中的溶液稀释至1 L,测得溶液中c(H)=0.1 mol·L-1(设反应前后溶液体积不变)。试确定原稀硫酸的物质的量浓度为                
(3)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池,以电极a为正极,电极b为负极,氢气为燃料,采用氢氧化钠溶液为电解液;则氢气应通入            极(填a或b,下同),电子从           极流出。

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