Question

9．根据要求填空
（1）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．

①O^2-移向负极（填“正”或“负”）．
②当燃料气为C₂H₄时，其负极反应式为：C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O．
（2）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⁺．
（3）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）①O^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；
（2）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⁺；
（3）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）①原电池工作时，O^2-向负极移动，故答案为：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：C₂H₄+6O^2--12e^-═2CO₂+2H₂O；
（2）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⁺；
（3）①Cl^-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↓；
故答案为：2Cu²⁺+3OH^-+Cl^-=Cu₂（OH）₃Cl↓；
②n[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：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，为高频考点，侧重于学生的分析、计算能力的考查，注意把握原电池的工作原理，难度中等．