Question

2．熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO₂的混和气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，已知其电池反应相当于CO的燃烧，且负极反应式为2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂
（1）该电池的正极反应式为O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
（2）若用该燃料电池与如图装置连接模拟工业电解食盐水，则铁棒应连接电源的负极（填写“正极”或“负极”），电解总反应的离子方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H₂+Cl₂+2OH^-．当电池内通过0.2mol 电子时，电解装置中两极共生成气体4.48L（标准状况下），此时将电解液充分混合，溶液的pH=14（不考虑溶液体积的变化）．
（3）利用该燃料电池做电源，以NiSO₄溶液为电解质溶液进行粗镍（含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是cd（填代号）．（已知氧化性：Fe²⁺＜Ni²⁺＜Cu²⁺）
a．电解过程中，化学能转化为电能        b．粗镍作阳极，发生还原反应
c．利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属   d．粗镍精炼时通过的电量与阴极析出镍的质量成正比．

Answer 1

分析 （1）该燃料电池中，负极上CO失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子；
（2）电解食盐水时，阴极氢离子得电子，阳极氯离子失电子，活性电极不能作阳极；结合转移电子与反应物之间的关系计算；
（3）依据电解精炼铜原理分析，粗镍做阳极，发生氧化反应，精镍做阴极发生还原反应据此分析解答．

解答 解：该熔融盐燃料电池中，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O₂+2CO₂+4e^-═2 CO₃^2-，
故答案为：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
（2）电解食盐水时，阴极氢离子得电子，阳极氯离子失电子，活性电极不能作阳极，所以铁棒作阴极，与负极相连；电极方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H₂+Cl₂+2OH^-；
当电池内通过0.2mol 电子时，生成0.1mol氢气，0.1mol氯气和0.2molOH^-，则所得气体的总体积为0.2mol×22.4L/mol=4.48L，溶液中c（OH^-）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，所以溶液的pH=14；
故答案为：负极；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H₂+Cl₂+2OH^-；4.48；14；
（3）a．电解过程中，电能转化为化学能，故A错误；
b．粗镍作阳极，金属失电子发生氧化反应，故b错误；
c．Cu、Pt、Au金属活动性比镍弱，不放电，沉降在阳极区形成阳极泥，利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属，故c正确；
d．根据阴极的电极反应式Ni²⁺+2e^-=Ni 可知每通过2mol电子，析出1mol镍，所以粗镍精炼时通过的电量与阴极析出镍的质量成正比，故d正确；
故答案为：cd．

点评 本题考查化学电源新型电池、电解原理的应用，侧重考查电极反应式的书写和电子守恒在计算中的应用，燃料电池电极反应式的书写是学习难点，燃料电池中，负极上燃料失电子、正极上氧化剂得电子，题目难度中等．