Question

5．如图是锂锰电池的反应原理示意图，其中电解质KClO₄溶于混合有机溶剂中，Li⁺ 通过电解质迁移入MnO₂晶格中，得到LiMnO₂．回答下列问题：
（1）①外电路的电流方向是由b极流向a极．（填字母）
②电池正极反应式为Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂．
（2）用CR2032锂锰电池作电源分别电解以下三种溶液，假如电路中转移了0.4mol e^-，且电解池的电极均为惰性电极．
①电解MNO₃溶液时某一电极增加了43.2g M，则金属M的相对原子质量为108．
②电解含有0.4mol K₂SO₄的溶液100mL，恢复到原来的状态，需要进行的操作是（写出要加入的物质和质量）向溶液中加入3.6g水．
③电解含有0.2mol NaCl的溶液100mL，阳极产生的气体在标准状况下的体积是3.36L；将电解后的溶液加水稀释至2L，此时溶液的pH=13．

Answer 1

分析 （1）形成原电池反应时，Li为负极，被氧化，电极方程式为Li-e^-=Li⁺，MnO₂为正极，被还原，电极方程式为MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，结合电极方程式以及元素化合价的变化解答该题；
（2）①硝酸根离子为-1价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0知，M元素在该化合物中化合价为+1价，电路中转移电子为0.4mol，则n（M）=n（e^-）=0.4mol，M=$\frac{m}{n}$，数值上金属元素的摩尔质量等于其相对原子质量；
②根据“析出什么加入什么”原则加入物质，电解硫酸钾溶液时，阳极上析出氧气、阴极上析出氢气，所以相当于电解水，根据转移电子和析出物质之间的关系式计算；
③电解0.2molNaCl，氯离子完全放电转移电子物质的量为0.2mol，还有0.2mol电子是氢氧根离子转移的；电解过程分为两步：第一步电解反应式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、第二步电解反应式为2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，根据c（NaOH）计算溶液pH．

解答 解：（1）①Li为负极，MnO₂为正极，原电池工作时，外电路的电流方向从正极到负极，即从b极流向a极，
故答案为：b；a；
②MnO₂为正极，被还原，电极方程式为MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，故答案为：Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂；
（2）①硝酸根离子为-1价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0知，M元素在该化合物中化合价为+1价，电路中转移电子为0.4mol，则n（M）=n（e^-）=0.4mol，M=$\frac{m}{n}$=$\frac{43.2g}{0.4mol}$=108g/mol，数值上金属元素的摩尔质量等于其相对原子质量为108，故答案为：108；
②根据“析出什么加入什么”原则加入物质，电解硫酸钾溶液时，阳极上析出氧气、阴极上析出氢气，所以相当于电解水，生成1mol水转移电子2mol电子，则转移0.4mol电子生成n（H₂O）=$\frac{0.4mol}{2}$×18g/mol=3.6g，需要进行的操作是向溶液中加入3.6g水即可，故答案为：向溶液中加入3.6g水；
③电解0.2molNaCl，氯离子完全放电转移电子物质的量为0.2mol，根据Cl原子守恒得n（Cl₂）=$\frac{1}{2}$n（NaCl）=$\frac{1}{2}$×0.2mol=0.1mol，还有0.2mol电子是氢氧根离子转移的，生成n（O₂）=$\frac{0.2mol}{4}$=0.05mol，则阳极生成气体体积=（0.1+0.05）mol×22.4L/mol=3.36L；电解过程分为两步：第一步电解反应式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、第二步电解反应式为2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，根据Na原子守恒得n（NaOH）=n（NaCl）=0.2mol，c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，则溶液pH=13，故答案为：3.36L；13．

点评 本题以电解原理为载体考查计算，为高频考点，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，注意③题阳极产物成分及其物质的量，为易错点．