Question

11．电极反应的书写

（1）常温下，燃烧1g乙烷（C₂H₆）气体的放出52kJ的热量，则乙烷燃烧的热化学方程式：2C₂H₆（g）+7O₂ （g）=4CO₂（g）+6H₂0（l）；△H=-3120kJ/mol．以Pt作电极将乙烷设计为碱性燃料电池，在电极上分别通入乙烷和氧气．则负极反应式为C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O．正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．当电路中通过0.7mol电子时提供46.8kJ的电能，则该燃料电池的能量转化效率为60%
（2）图1为一种微生物燃料电池结构示意图，若Cm（H₂O）n为CH₂O，则负极的电极反应式为CH₂O-4e^-+H₂O=CO₂+4H⁺．
（3）已知：2KMnO₄+16HCl（浓）═2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，Cl₂+2FeCl₂═2FeCl₃．请结合以上信息分析图2中的原电池反应，甲烧杯中的电极反应式为MnO₄^-+5e^-+8H⁺=Mn²⁺+4H₂O，乙烧杯中的电极反应式为5Fe²⁺-5e^-=5Fe³⁺．

Answer 1

分析 （1）1g乙烷（C₂H₆）气体完全燃烧生成液态水放出热量52kJ，计算2mol乙烷完全燃烧放出热量=$\frac{\frac{52KJ×2mol}{1g}}{30g/mol}$=3120kJ，依据热化学方程式的书写标注物质聚集状态和对应焓变得到；
原电池中负极失电子，发生氧化反应；正极上得到电子，发生还原反应；分析电极反应，根据电子守恒结合总反应和正极反应计算得到负极电极反应；当电路中通过0.7mol电子时，消耗乙烷为0.05mol，若完全燃烧放出能量为$\frac{3120kJ/mol}{2}$×0.05mol=78kJ，然后计算该燃料电池的能量转化效率；
（2）CH₂O在负极失电子被氧化生成二氧化碳和氢离子；
（3）甲烧杯中KMnO₄得电子生成Mn²⁺，乙烧杯中亚铁离子得电子生成铁离子．

解答 解：（1）1g乙烷（C₂H₆）气体完全燃烧生成液态水放出热量52kJ，计算2mol乙烷完全燃烧放出热量=$\frac{\frac{52KJ×2mol}{1g}}{30g/mol}$=3120kJ，反应的热化学方程式为：
2C₂H₆（g）+7O₂ （g）=4CO₂（g）+6H₂0（l）；△H=-3120kJ/mol；
利用反应①2 C₂H₆（g）+7 O₂（g）→4 CO₂（g）+6 H₂O（l）；设计原电池，根据化合价变化分析判断，乙烷失电子发生氧化反应，所以通入乙烷气体的电极应为负极，正极电极反应为：②O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-； ①-②×7 得到负极电极反应为：C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O；
当电路中通过0.7mol电子时，消耗乙烷为0.05mol，若完全燃烧放出能量为$\frac{3120kJ/mol}{2}$×0.05mol=78kJ，则该燃料电池的能量转化效率为$\frac{46.8}{78}$×100%=60%；
故答案为：2C₂H₆（g）+7O₂ （g）=4CO₂（g）+6H₂0（l）；△H=-3120kJ/mol； C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；60%；
（2）CH₂O在负极失电子被氧化生成二氧化碳和氢离子，则负极的电极方程式为：CH₂O-4e^-+H₂O=CO₂+4H⁺；
故答案为：CH₂O-4e^-+H₂O=CO₂+4H⁺；
（3）甲烧杯中KMnO₄得电子生成Mn²⁺，则甲烧杯中的电极反应式为MnO₄^-+5e^-+8H⁺=Mn²⁺+4H₂O，乙烧杯中亚铁离子得电子生成铁离子，则乙烧杯中的电极反应式为5Fe²⁺-5e^-=5Fe³⁺；
故答案为：MnO₄^-+5e^-+8H⁺=Mn²⁺+4H₂O；5Fe²⁺-5e^-=5Fe³⁺．

点评 本题考查了热化学方程式的书写方法和注意问题、反应焓变的计算、原电池原理的应用，题目难度中等，注意把握反应热的计算方法和电极方程式的书写，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．