Question

13．按要求完成下列各题
（1）精炼铜时，阴极材料是纯铜，阴极的电极反应式是Cu²⁺+2e^-=Cu，
（2）氯碱工业电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑．
（3）MnO₂可作超级电容器材料．用惰性电极电解MnSO₄溶液可制得MnO₂，其阳极的电极反应式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺
（4）为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2-离子．电池工作时正极反应式为O₂+4e^-=2O^2-．
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL含有如下离子的液．

离子	Cu2+	H+	Cl-	SO$\stackrel{2-}{4}$
c/（mol•L-1）	1	4	4	1

电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），阳极上收集到氧气的物质的量为0.1mol．

Answer 1

分析 （1）精炼铜时，阴极材料是纯铜，阴极为铜离子得电子发生还原反应；
（2）氯碱工业电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）锰离子在阳极失电子生成MnO₂；
（4）根据原电池原理，正极O₂得到电子生成负极O^2-；依据电解原理和溶液中离子放电顺序，结合电子守恒和电极反应计算得到；

解答 解：（1）精炼铜时，阴极材料是纯铜，阴极为铜离子得电子发生还原反应，反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案为：纯铜，Cu²⁺+2e^-=Cu；
（2）氯碱工业电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，故答案为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑；
（3）锰离子在阳极失电子生成MnO₂，反应式为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（4）燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2-离子，根据原电池原理，正极O₂得到电子生成负极O^2-：O₂+4e^-=2O^2-，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相词条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），100ml溶液中含有c（Cu²⁺）=1mol/L，c（H⁺）=4mol/L，c（Cl^-）=4mol/L，c（SO₄^2-）=1mol/L；
阳极氯气和阴极氢气相同，设阳极生成的氧气物质的量为x，阴极上也应生成氢气物质的量x
阳极电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，
0.4mol 0.4mol 0.2mol 4x x
阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，
0.1mol 0.2mol 0.1mol
2H⁺+2e^-=H₂↑； 2H⁺+2e^-=H₂↑；
0.4mol 0.4mol 0.2mol 2x x
依据电子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x
x=0.1mol
阳极上收集到氧气的物质的量0.1mol；
故答案为：O₂+4e^-=2O^2-；0.1．

点评 本题考查了原电池和电解池原理的分析应用，氧化还原反应的实质，掌握原理是解题关键，题目难度中等．