Question

15．某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质的物质的量（n）随着时间（t）变化的曲线如图1所示．由图中数据分析：
（1）该反应的化学方程式为3X+Y?2Z．
（2）反应开始至2min，用Z表示的平均反应速率为0.05 mol．L^-1．min^-1．
（3）美国阿波罗宇宙飞船上使用了一种新型装置，其构造如图2所示：A、B两个电极均由多孔的碳块组成．该电池的正极反应式为：O₂+4e-+2H₂O=4OH^-；
若该电池工作时增加了1mol H₂O，电路中转移电子的物质的量为2．
（4）利用反应“Cu+2Ag⁺═2Ag+Cu²⁺”设计一个原电池（正极材料用碳棒）．回答下列问题：
①该电池的负极材料是Cu，发生氧化反应（填“氧化”或“还原”），负极的电极反应式为：Cu-2e-=Cu²⁺，电解质溶液是AgNO₃溶液；
②正极上出现的现象是碳棒上出现银白色物质；
③若导线上转移电子1mol，则生成银108g．

Answer 1

分析 （1）根据化学反应中各物质的物质的量变化量与化学计量数之比呈正比分析；
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算化学反应速率；
（3）根据氢气发生氧化反应，燃料电池的负极发生氧化反应，1mol氢气反应转移2mol电子，生成1mol水，正极氧气发生还原反应；
（4）在Cu+2Ag⁺=2Ag+Cu²⁺反应中，Cu被氧化，应为原电池的负极，电解反应为：Cu-2e-=Cu²⁺，Ag⁺得电子被还原生成单质Ag，正极上有银白色物质生成，电极反应为Ag⁺+e-=Ag，应为原电池正极反应，正极材料为活泼性比Cu的金属或非金属材料，电解质溶液为含Ag⁺离子的溶液，如AgNO₃，原电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，以形成闭合回路．

解答 解：（1）由图象可以看出X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增多，则X、Y为反应物，Z为生成物，
化学反应中各物质的物质的量变化量与化学计量数之比呈正比，
则有Y：X：Z=（1.0mol-0.9mol）：（1.0mol-0.7mol）：0.2mol=1：3：2，则反应的化学方程式为3X+Y?2Z，故答案为：3X+Y?2Z；
（2）反应开始至2min，用Z表示的平均反应速率为v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{2min}$=0.05 mol．L^-1．min^-1，故答案为：0.05 mol．L^-1．min^-1；
（3）氢气发生氧化反应，燃料电池的负极发生氧化反应，1mol氢气反应转移2mol电子，生成1mol水，正极氧气发生还原反应，反应为：O₂+4e-+2H₂O=4OH^-，故答案为：O₂+4e-+2H₂O=4OH^-；2；
（4）①在Cu+2Ag⁺=2Ag+Cu²⁺反应中，Cu被氧化，应为原电池的负极，电解反应为：Cu-2e-=Cu²⁺，电解质溶液为含Ag⁺离子的溶液，如AgNO₃，
故答案为：Cu；氧化；Cu-2e-=Cu²⁺；AgNO₃溶液；
②Ag⁺得电子被还原生成单质Ag，正极上有银白色物质生成，电极反应为Ag⁺+e-=Ag，应为原电池正极反应，
故答案为：碳棒上出现银白色物质；
③正极反应为Ag⁺+e-=Ag，若导线上转移电子1mol，则生成银1mol，质量为108g，故答案为：108．

点评 本题考查物质的量随时间的变化曲线，平衡状态的判断，以及原电池的设计，题目难度不大，把握两极材料的判断以及电极反应式的书写方法为解答的关键．