Question

14．SO₂、CO、CO₂、NO_x是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径．

（1）利用电化学原理将CO、SO₂转化为重要化工原料，装置如图1所示：
①若A为CO，B为H₂，C为CH₃OH，则通入CO的一极电极反应式CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH．
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，则负极的电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
③若A为NO₂，B为O₂，C为HNO₃，则负极的电极反应式为NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺．
（2）碳酸盐燃料电池，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H₂的体积比为1：1）直接做燃料，其工作原理如图2所示．
①电池负极反应式为CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O．
②以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6g，则阳极产生气体标准况下体积为1.12L．电解后溶液体积为2L，溶液的pH约为1．

Answer 1

分析 （1）①燃料电池中，通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极，该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价，所以CO是氧化剂；
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子；
③若A为NH₃，B为O₂，C为HNO₃，则正极发生还原反应；
（2）①该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，由此书写电极反应式；
②依据消耗的氧气的量计算转移电子数，依据转移电子守恒，计算生成银的质量，根据消耗氢氧根计算氢离子浓度，从而计算pH；

解答 解：（1）①燃料电池中，通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极，该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价，所以CO是氧化剂，则通入CO的电极为正极，电极方程式为CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH，
故答案为：CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH；
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
③若A为NO₂，B为O₂，C为HNO₃，则正极发生还原反应，氧气得电子生成水，电极方程式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，负极是NO₂，发生氧化反应生成硝酸，电极反应式为：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，故答案为：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺；
（2）①该燃料电池中，负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为：CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；
故答案为：CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；
②电解足量的硝酸银溶液，阳极为氢氧根失电子生成氧气，阴极上发生反应：Ag⁺+e^-=Ag，产物的质量为21.6g即0.2mol，转移电子是0.2mol，在阳极上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，产生氧气的物质的量是0.05mol，体积是1.12L，则消耗氢氧根的物质的量为0.2mol，则溶液中属于氢离子为0.2mol，浓度为$\frac{0.2mol}{2L}$=1mol/L，所以溶液的pH为1；
故答案为：1.12；1．

点评 本题考查原电池设计、燃料电池等知识点，会根据电池反应式确定正负极及电解质，发生氧化反应的金属作负极、不如负极材料活泼的金属或导电的非金属作正极，发生还原反应的电解质为原电池中电解质，会正确书写电极反应式，为高考高频点．