Question

1．SO₂、CO、CO₂、NO_х是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和优化我们生存环境的有效途径．
（1）利用电化学原理将CO、SO₂转化为重要化工原料，装置如图1所示：

①若A为CO，B为H₂，C为CH₃OH，则通入CO的一极为正极（填“正”或“负”）．
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，则负极的电极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
③若A为NO₂，B为O₂，C为HNO₃，则正极的电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O．
（2）碳酸盐燃料电池以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H₂的体积比为1：1）直接作燃料，其工作原理如图2所示．
①电池总反应为CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O．
②以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6g，则阳极产生气体标准状况下体积为1.12L．电解后溶液体积为2L，溶液的pH约为1．
（3）某研究小组利用下列装置用N₂O₄生产新型硝化剂N₂O₅．
①现以H₂、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成燃料电池，采用电解法制备N₂O₅，装置如图3所示，其中Y为CO₂．在该电极上同时还引入CO₂的目的是氧气可以和二氧化碳共同转化为碳酸根离子；可以保持熔融盐的成分不变．
②电解过程中，生成N₂O₅的电极反应方程式为N₂O₄+HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①燃料电池中，通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极，该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价，所以CO是氧化剂；
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子；
③若A为NH₃，B为O₂，C为HNO₃，则正极发生还原反应；
（2）①该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，正极上是氧气得电子的还原反应，总反应等于两极上的反应之和；
②依据消耗的氧气的量计算转移电子数，依据转移电子守恒，计算生成银的质量，根据消耗氢氧根计算氢离子浓度，从而计算pH；
（3）①在正极上，氧气得电子生成的氧离子可以和二氧化碳结合为碳酸根离子；
②先根据化合价判断生成N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式．

解答 解：（1）①燃料电池中，通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极，该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价，所以CO是氧化剂，则通入CO的电极为正极，故答案为：正；
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
③若A为NH₃，B为O₂，C为HNO₃，则正极发生还原反应，氧气得电子生成水，电极方程式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案为：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
（2）①该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，正极上是氧气得电子的还原反应，电池总反应为一氧化碳、氢气与氧气反应生成二氧化碳和水，总反应方程式为：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
故答案为：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
②电解足量的硝酸银溶液，阳极为氢氧根失电子生成氧气，阴极上发生反应：Ag⁺+e^-=Ag，产物的质量为21.6g即0.2mol，转移电子是0.2mol，在阳极上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，产生氧气的物质的量是0.05mol，体积是1.12L，则消耗氢氧根的物质的量为0.2mol，则溶液中属于氢离子为0.2mol，浓度为$\frac{0.2mol}{2L}$=1mol/L，所以溶液的pH为1；
  故答案为：1.12；1；
（3）①在正极上，氧气得电子生成的氧离子可以和二氧化碳结合为碳酸根离子，可以保持熔融盐的成分不变，故答案为：氧气可以和二氧化碳共同转化为碳酸根离子；可以保持熔融盐的成分不变；
②N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案为：N₂O₄+HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

点评 本题考查原电池设计、燃料电池等知识点，会根据电池反应式确定正负极及电解质，发生氧化反应的金属作负极、不如负极材料活泼的金属或导电的非金属作正极，发生还原反应的电解质为原电池中电解质，会正确书写电极反应式，为高考高频点．