Question

（1）科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天．如图1所示装置中，以稀土金属材料为惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2-（O₂+4e^--→2O^2-）．
（1）①c电极的名称为

 

，d电极上的电极反应式为

 

．
②如图2所示电解100mL 0.5mol?L^-1 CuSO₄溶液．若a电极产生56mL（标准状况）气体，则所得溶液的pH=

 

（不考虑溶液体积变化），若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入

 

（填字母序号）．a．CuO　　　　　　b．Cu（OH）₂       c．CuCO₃     d．Cu₂（OH）₂CO₃
（2）采取一定措施可防止钢铁腐蚀．下列装置中的烧杯里均盛有等浓度、等体积的NaCl溶液．
①在如图3a～c装置中，能保护铁的是

 

（填字母）．
②若用d装置保护铁，X极的电极材料应是

 

（填名称）．

Answer 1

考点：化学电源新型电池,金属的电化学腐蚀与防护

专题：电化学专题

分析：（1）①依据装置图中电流流向分析，c为正极，氧气的电子发生还原反应，d为负极，甲烷失电子发生氧化反应；
②图2是电解池，与电源正极连接的a电极为阳极，发生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，b为阴极，发生为Cu²⁺+2e^-═Cu，结合电极方程式计算；
（2）①原电池的正极和电解池的阴极可以得到保护；
②装置为原电池，若用d装置保护铁，X极的电极材料应比铁活泼．

解答： 解：（1）①图1是原电池，依据电流流向是从正极流向负极，c电极为正极，氧气得到电子发生还原反应，d电极为电池负极，甲烷失电子发生还原反应，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2-离子，负极电极反应为：CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
故答案为：正极；CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O；
②如图2所示电解100mL0.5mol?L^-1CuSO₄溶液，发生的电解池反应为：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
若a电极产生56mL（标准状况）气体为氧气，物质的量为0.0025mol，消耗氢氧根离子物质的量为0.01mol，溶液中生成氢离子物质的量为0.01mol，c（H⁺）=

0.01mol

0.1L

=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1；
则所得溶液电解过程中CuSO₄溶液每损失2个Cu原子，就损失2个 O原子，相当于损失一个CuO，为了使CuSO₄溶液，恢复原浓度，应加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢复溶液浓度的定量关系，但不能加入Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，因为CuCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+CO₂↑+H₂O，相当于加CuO，而Cu（OH）₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O、Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄═2CuSO₄ +CO₂↑+3H₂O，除增加溶质外还增加了水，故选ac，
故答案为：1；ac；
（2）①装置中原电池的正极和电解池的阴极可以得到保护，a中Fe作阳极被腐蚀，b中Fe作阴极被保护，c中Fe作正极被保护，则bc可以保护铁，故答案为：bc；
②装置为原电池，若用d装置保护铁，X极的电极材料应比铁活泼可以选择锌，故答案为：锌．

点评：本题考查了原电池和电解的有关判断，是中等难度的试题，试题综合性强，在注重对基础知识巩固和训练的同时，主要是侧重对学生能力的培养，有助于培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．