Question

3．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O^2-（O₂+4e^-═2O^2-）．
（1）d电极的名称为负极，d电极上的电极反应式为CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O．
（2）如图2所示用惰性电极电解100mL 0.5mol•L^-1 AgNO₃溶液，a电极上的电极反应式为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
若a电极产生560mL（标准状况）气体，则所得溶液的C（H⁺）=1mol/L（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a（填序号）其物质的量为0.05mol
a  Ag₂O  b．AgOHc．AgNO₃ d．Ag₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）依据装置图中电流流向分析，c为正极，氧气的电子发生还原反应，d为负极，甲烷失电子发生氧化反应；
（2）图2中a为阳极，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，b为阴极，阴极上银离子得电子生成Ag，据电极反应式计算反应生成氢离子物质的量和浓度，反应时溶液中减少的是Ag和O元素，所以要加入Ag₂O才能恢复到电解前的状态．

解答 解：（1）图1是原电池，依据电流流向是从正极流向负极，c电极为正极，氧气得到电子发生还原反应，d电极为电池负极，甲烷失电子发生还原反应，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O^2-离子，负极电极反应为：CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
故答案为：负极；CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
（2）图2中a为阳极，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，a电极上的电极反应式为4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，b为阴极，阴极上银离子得电子生成Ag；若a电极产生560mL（标准状况）气体，即生成氧气为0.025mol，则反应生成氢离子物质的量为0.1mol，所以氢离子浓度为1mol/L；电解时溶液中减少的是Ag和O元素，所以要加入Ag₂O才能恢复到电解前的状态，由4AgNO₃+2 H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃可知，Ag₂O为0.05mol；
故答案为：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；1mol/L；a；0.05mol．

点评 本题考查了原电池和电解池原理，根据电流的流向判断原电池，再结合各个电极上发生的电极反应分析解答，难点是电极反应式的书写，题目难度中等，侧重于考查学的分析能力和计算能力．