Question

3． 蓄电池是一种反复充电、放电的特定装置．已知一种蓄电池在充电和放电时发生的反应如下：NiO₂+Fe+2H₂O$?_{充电}^{放电}$ Fe（OH）₂+Ni（OH）₂．
 （1）此蓄电池在充电时，电池负极应与外加电源的负极连接，电极反应式为：Fe（OH）₂+2e^-═Fe+2OH^-

 （2）以铜为电极，用此蓄电池作电源，电解以下溶液，开始阶段发生反应：Cu+2H₂O═Cu（OH）₂+H₂↑的有BCE
A．稀H₂SO₄　B．NaOH溶液　C．Na₂SO₄溶液  D．CuSO₄溶液  E．NaCl溶液
（3）假如用此蓄电池电解以下溶液 （电解池两极均为惰性电极），工作一段时间后，蓄电池内部消耗了0.36 g水．请回答下列问题：
①电解足量N（NO₃）_x溶液时某一电极析出了a g金属N，则金属N的相对原子质量R的计算公式为R=50ax（用含a、x的代数式表示）．
②电解含有0.1 mol•L^-1的CuSO₄溶液100 mL，阳极产生标准状况下的气体体积为0.112L；将电解后的溶液加水稀释至2L，溶液的pH=2
（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH₄为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池．已知该熔融盐电池的负极的电极反应是：CH₄-8e^-+4 CO═5CO₂+2H₂O，则正极的电极反应式为O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；
（5）有一种用CO₂为主要原料生产甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-a kJ•mol^-1、
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-b kJ•mol^-1、
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-c kJ•mol^-1、
H₂O（g）═H₂O（l）；△H=-d kJ•mol^-1．
则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）此蓄电池在充电时，电池负极应与外加电源的负极连接作阴极，得电子发生还原反应；
（2）以铜为电极，用此蓄电池作电源，电解以下溶液，开始阶段发生反应：Cu+2H₂O═Cu（OH）₂+H₂↑，说明阴极为水中氢离子得电子发生还原反应，据此判断；
第（1）题依据电池反应分析，充电为电解池，放电为原电池；放电过程中原电池的负极上失电子发生氧化反应，正极上发生还原反应；
（3）放电是原电池反应，NiO₂+Fe+O$?_{充电}^{放电}$ Fe（OH）₂+Ni（OH）₂，负极：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正极：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-；工作一段时间后蓄电池内部消耗了0.36g水，n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，
①由电子守恒可知，电解N（NO₃）_x溶液时，某一极增加了agN，2N～2xe^-；
②n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，根据方程式，电池转移电子为0.02mol，由离子放电顺序可知，电解含有0.1mol•L^-1的CuSO₄溶液100mL，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子得电子，以此计算；
（4）燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子发生还原反应的过程；
（5）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1．
根据盖斯定律，-①-②+$\frac{3}{2}$×③+2×④计算得到．

解答 解：（1）此蓄电池在充电时，电池负极应与外加电源的负极连接作阴极，得电子发生还原反应，反应式为：Fe（OH）₂+2e^-═Fe+2OH^-；故答案为：负；Fe（OH）₂+2e^-═Fe+2OH^-；
（2）以铜为电极，用此蓄电池作电源，电解以下溶液，开始阶段发生反应：Cu+2H₂O═Cu（OH）₂+H₂↑，说明阴极为水中氢离子得电子发生还原反应，所以可以为活泼的金属阳离子的溶液，故BCE符合，AD不符合，故选：BCE；
（3）①负极：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正极：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-；
工作一段时间后蓄电池内部消耗了0.36g水，n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，则电池转移电子为0.02mol；
由电子守恒可知，电解N（NO₃）_x溶液时，某一极增加了agN，2N～2xe^-，则设N的相对原子质量为RRR，
2M～2xe^-
2R   2x
a  0.02mol
解得R=50ax，故答案为：50ax；
②n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，根据方程式，电池转移电子为0.02mol，由离子放电顺序可知，电解含有0.1mol•L^-1的CuSO₄溶液100mL，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子得电子，
阳极上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
        4    4       1
   0.02mol 0.02mol 0.005mol    
则阳极生成0.005mol气体，体积为0.005mol×22.4L/mol=0.112L，
阴极上：
Cu²⁺+2e^-=Cu
1         2        1
0.01mol 0.02mol 0.01mol
则氢氧根离子失电子减少0.02mol，氢离子增加0.02mol，所以溶液中氢离子增加0.02mol；
c（H⁺）=$\frac{0.02}{2}$=0.01mol/L，所以pH=2，
故答案为：0.112L；2；
（4）燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-），故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；
（5）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1．
根据盖斯定律，-①-②+$\frac{3}{2}$×③+2×④得到CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H△H=-△H₁-△H₂+$\frac{3}{2}$△H₃+2△H₄=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，则CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、原电池、电解池原理的分析判断和计算应用，注意混合电解中电子守恒的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．