Question

5．电化学原理在生产生活中应用十分广泛．请回答下列问题：

（1）通过SO₂传感器可监测大气中SO₂的含量，其工作原理如图1所示．
①固体电解质中O^2-向负极移动（填“正”或“负”）．
②写出V₂O₅电极的电极反应式：SO₂-2e^-+O^2-=SO₃．
（2）如图所示装置I是一种可充电电池，装置Ⅱ是一种以石墨为电极的家用环保型消毒液发生器．装置I中离子交换膜只允许Na⁺通过，充放电的化学方程式为：2Na₂S₂+NaBr₃$?_{充电}^{放电}$ Na₂S₄+3NaBr
①负极区电解质为Na₂S₂、Na₂S₄（用化学式表示）
②家用环保型消毒液发生器发生反应的离子方程式为Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O．
③闭合开关K，当有0.04mol Na⁺通过离子交换膜时，a电极上析出的气体在标准状况下体积为448 mL．
（3）金属钒（V）在材料科学上有重要作用，被称为“合金的维生素”．在测定矿石中钒的含量时有如下操作：用已知浓度的硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液，滴定（VO₂）₂SO₄溶液．
①完成滴定过程的离子反应方程式，方框内填数字，短线上填物质的化学式或离子符号．
□VO₂⁺+□H₂C₂O₄+□2H⁺→□VO²⁺+□CO₂+□2H₂O
②当收集到标准状况下气体11.2升时，电子转移的数目为0.5N_A．

Answer 1

分析 （1）①原电池中阴离子移向负极；
②在V₂O₅电极上，SO₂失电子发生氧化反应生成SO₃；
（2）①原电池的负极发生氧化反应；
②氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠和氯化钠；
③a极生成氯气，b极生成氢气，当有0.04mol Na⁺通过离子交换膜时，有0.04mol氢离子放电；
（3）①根据元素守恒知，生成物中还含有H₂O，该反应是在酸性条件下进行的反应，所以反应物中还含有氢离子，该反应中V元素化合价由+5价变为+4价，草酸中C元素化合价由+3价变为+4价，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式；
②生成的气体是二氧化碳，根据二氧化碳和转移电子之间的关系式计算转移电子数目．

解答 解：（1）①原电池中阴离子移向负极，故答案为：负；
②在V₂O₅电极上，SO₂失电子发生氧化反应生成SO₃，电极方程式为：SO₂-2e^-+O^2-=SO₃，
故答案为：SO₂-2e^-+O^2-=SO₃；
（2）①原电池的负极发生氧化反应，所含元素化合价升高，所以负极区电解质为：Na₂S₂、Na₂S₄，
故答案为：Na₂S₂、Na₂S₄；
②氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠和氯化钠，则离子方程式为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O，
故答案为：Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
③a极生成氯气，b极生成氢气，当有0.04mol Na⁺通过离子交换膜时，有0.04mol氢离子放电，生成氢气0.02mol，标准状况下体积为：0.02mol×22.4L/mol=0.448L=448mL，故答案为：448；
（3）①根据元素守恒知，生成物中还含有H₂O，该反应是在酸性条件下进行的反应，所以反应物中还含有氢离子，该反应中V元素化合价由+5价变为+4价，草酸中C元素化合价由+3价变为+4价，其转移电子总数为2，所以VO₂⁺的计量数是2、H₂C₂O₄的计量数是1，根据转移电子守恒、原子守恒配平方程式为2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O，故答案为：2；1；2H⁺；2；2；2H₂O；
②生成的气体是二氧化碳，设转移电子数为x
2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺=2VO²⁺+2CO₂↑+2H₂O 转移电子数
                     44.8L         2N_A
                      11.2L         x
44.8L：2N_A：11.2L：x
x=$\frac{2{N}_{A}×11.2L}{44.8L}$=0.5N_A，故答案为：0.5N_A．

点评 本题考查氧化还原反应配平、根据方程式计算等知识点，侧重考查分析问题能力、计算能力，熟悉元素化合价是解本题关键，注意有机物中C元素化合价判断方法，题目难度中等．