题目内容

Mg-H2O2电池是一种新型的海水电池.该电池以海水为电解质溶液,结构如图一所示.
(1)该电池工作时,Mg电极作
 
极,石墨电极上的电极反应式为
 
,电池工作时,
 
 (填离子符号)会穿过阴离子交换膜向
 
 极移动
(2)臭氧(O3)是一种强氧化剂,常用于消毒、灭菌等,可由臭氧发生器电解稀硫酸制得.结构如图二所示.
①图中阴极为
 
(填“A”或“B”),其电极反应式为
 
.
②若C处通入O2,则A极的电极反应式为
 
.
③若用Mg-H2O2电池做电解电源,C处不通入O2,D、E处分别收集到26.88L和有11.2L气体(标准状况),则E处收集的气体中O3所占的体积分数为
 
.(忽略O3的分解);此时,通过电池中阴离子交换膜的离子的物质的量为
 
.
考点:原电池和电解池的工作原理
专题:电化学专题
分析:(1)该原电池中,Mg易失电子作负极、石墨作正极,正极上双氧水得电子生成氢氧根离子,阴离子交换膜只能阴离子通过;放电时,电解质溶液中阴离子向负极移动;
(2)①电解稀硫酸时,E电极上氧气或臭氧,则B电极是阳极,所以A电极是阴极,阴极上氢离子放电生成氢气;
②若C处通入O2,则A极上氧气得电子和氢离子反应生成水;
③D处收集气体的物质的量=
26.88L
22.4L/mol
=1.2mol,E处收集气体的物质的量=
11.2L
22.4L/mol
=0.5mol,根据转移电子相等计算生成臭氧物质的量,从而计算体积分数;通过阴离子交换膜的物质的量和放电氢氧根离子的物质的量相等.
解答: 解:(1)该原电池中,Mg易失电子作负极、石墨作正极,正极上双氧水得电子生成氢氧根离子,电极反应式为H2O2+2e-=2OH-,阴离子交换膜只能阴离子通过,所以放电时,电解质溶液中阴离子OH- 向负极移动,故答案为:负;H2O2+2e-=2OH-;OH-; 负(Mg);
(2)①电解稀硫酸时,E电极上氧气或臭氧,则B电极是阳极,所以A电极是阴极,阴极上氢离子放电生成氢气,电极反应式为2H++2e-=H2↑,故答案为:A;2H++2e-=H2↑;
②若C处通入O2,则A极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为4H++4e-+O2=2H2O,故答案为:4H++4e-+O2=2H2O;
③D处收集气体的物质的量=
26.88L
22.4L/mol
=1.2mol,E处收集气体的物质的量=
11.2L
22.4L/mol
=0.5mol,
设生成氧气的物质的量为xmol、生成臭氧物质的量为ymol,结合转移电子相等得
x+y=0.5mol
4x+6y=1.2×2

x=0.3
y=0.2
,
相同条件下,臭氧的物质的量分数等于其体积分数,所以
0.2mol
0.5mol
×100%=40%,
阳极上电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O、6OH--6e-=O3↑+3H2O,通过阴离子交换膜的物质的量和放电氢氧根离子的物质的量相等=4n(O2)+6n(O3)=0.3mol×4+0.6mol×2=2.4mol,
故答案为:40%;2.4mol.
点评:本题考查原电池和电解池原理,明确各个电极上发生的反应是解本题关键,难点是(2)③中臭氧、转移离子物质的量的计算,要根据转移电子相等进行计算,题目难度中等.
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