Question

4．（1）事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是B（填序号）．
A．C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H＞0  
B．2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H＜0
C．NaOH（aq）+HCl（aq）═NaCl（aq）+H₂O（l）△H＜0
（2）固体氧化物燃料电池的工作原理如图1所示，已知电池中电解质为熔融固体氧化物，O^2-可以在其中自由移动．

①正极：电极b （填“电极a”或“电极b”）．O^2-移向负极（填“正”或“负”）．
②当燃料气为C₂H₄时，其正极、负极反应式分别为正极：3O₂+12e^-═6O^2-；负极：C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O．
（3）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．现用如图2所示装置模拟上述过程，则Co²⁺在阳极的电极反应式为Co²⁺-e^-=Co³⁺；除去甲醇的离子方程式为6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．
（4）如图3为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的示意图．
①环境中的Cl^-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu₂（OH）₃Cl，其离子方程式为2Cu²⁺+3OH^-+Cl^-=Cu₂（OH）₃Cl↓；
②若生成4.29g Cu₂（OH）₃Cl，则理论上耗氧气体积为0.448L（标准状况）．

Answer 1

分析 （1）常温下属于氧化还原反应的放热反应，可设计为原电池，存在元素化合价变化的反应为氧化还原反应；
（2）①多孔电极a中燃料失电子发生氧化反应，O^2-向负极移动；
②当燃料气为C₂H₄时，其正极发生还原反应、负极发生氧化反应；
（3）通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；（4）Cl^-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu₂（OH）₃Cl，负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子，所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu₂（OH）₃Cl沉淀；n[Cu₂（OH）₃Cl]=$\frac{4.29g}{214.5g/mol}$=0.05mol，根据转移电子计算氧气物质的量，再根据V=nV_m计算体积．

解答 解：（1）A．C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H＞0，为氧化还原反应，但为吸热反应，不能设计为原电池，故A错误；
B．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（1）△H＜0，为氧化还原反应，为放热反应，能设计为原电池，故B正确；
C．NaOH（aq）+HC1（aq）=NaC1（aq）+H₂O（1）△H＜0，不属于氧化还原反应，不能设计为原电池，故C错误；
故答案为：B；
（2）①多孔电极a中燃料失电子发生氧化反应，所以电极b，O^2-向负极移动，故答案为：电极b；负；
②当燃料气为C₂H₄时，其正极发生还原反应电极反应为：3O₂+12e^-═6O^2-；负极发生氧化反应，电极反应式为：C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O，故答案为：3O₂+12e^-═6O^2-；C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O；
（3）通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
（4）Cl^-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu₂（OH）₃Cl，负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子，所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu₂（OH）₃Cl沉淀，离子方程式为2Cu²⁺+3OH^-+Cl^-=Cu₂（OH）₃Cl↓；n[Cu₂（OH）₃Cl]=$\frac{4.29g}{214.5g/mol}$=0.02mol，根据转移电子得n（O₂）=$\frac{0.02mol×2×2}{4}$=0.02mol，V（O₂）=0.02mol×22.4L/mol=0.448L，
故答案为：2Cu²⁺+3OH^-+Cl^-=Cu₂（OH）₃Cl↓；0.448．

点评 本题考查了燃料电池的工作原理以及电极反应式的书写等知识，属于综合知识的考查，难度中等．