Question

【題目】依據(jù)原電池原理，回答下列問題：

（1）圖1是依據(jù)氧化還原反應(yīng)：Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）設(shè)計(jì)的原電池裝置。

①電極X的材料是________（填化學(xué)名稱）；電極Y的材料是__________（填化學(xué)名稱）。

②Y電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：______________。

（2）圖2是使用固體電解質(zhì)的燃料電池，裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2－離子(O2＋4e―→2O2－)。

①c電極為______________極。（填“正”或“負(fù)”）

②d電極上的電極反應(yīng)式為___________________________。

③如果消耗甲烷160g，假設(shè)化學(xué)能完全轉(zhuǎn)化為電能，則轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為______________（用NA表示），需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為_______L。

Answer 1

【答案】銅 碳（石墨、金、鉑、銀） 2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋ 正 CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O 80NA 448

【解析】

（1）因?yàn)檠趸�還原反應(yīng)，Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）中，Cu失去電子，化合價(jià)升高，是原電池中電子流出的一極，而Fe3＋化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，由此回答；

（2）依據(jù)圖2電流方向，可以看出①c電極是燃料電池電子流入的一級(jí)，為正極；②d電極為電子流出的電極，為燃料電池的負(fù)極；③根據(jù)電池反應(yīng)式，計(jì)算消耗甲烷160g，轉(zhuǎn)移電子數(shù)和需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積；

（1）由Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）可知：Cu失去電子，化合價(jià)升高，是電子流出的一極，為原電池的負(fù)極，故電極X的材料是銅，電極Y是原電池的正極，發(fā)生Fe3+得電子的還原反應(yīng)，可選擇惰性電極碳或比銅活波性弱的材料做電極，如碳（石墨、金、鉑、銀）做正極，原電池正極的電極反應(yīng)式為：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋；

本題答案為：銅，碳（石墨、金、鉑、銀）；2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋（或Fe3＋＋e－＝Fe2＋）。

（2）有圖2電流方向可以看出，①c電極是燃料電池電子流入的一級(jí)，為正極；②d電極為電子流出的電極，為燃料電池的負(fù)極，負(fù)極發(fā)生CH4失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O；③根據(jù)電池反應(yīng)式，CH4 2O2=CO22H2O，160g CH4的物質(zhì)的量為，n(CH4)==10mol，設(shè)有xmol電子轉(zhuǎn)移，則1:8=10：X，解得X=80mol，轉(zhuǎn)移電子電子數(shù)目為80NA，消耗O2的物質(zhì)的量為：n(O2=)20mol，體積V（O2）=20mol22.4L/mol=448L；

本題答案為：正 ， CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O ，80NA ，448。