Question

【題目】一氧化氮－空氣質子交換膜燃料電池將化學能轉化為電能，實現了制硝酸、發電環保三位一體的結合。如圖所示，某同學設計用該電池探究將霧霾中的SO2、NO轉化為(NH4)2SO4的原理和粗銅的精煉原理。

(1)燃料電池放電過程中負極的電極反應式____。

(2)乙裝置中物質A是____(填化學式)，理由是___；電解過程中陽極附近pH___(填“增大”“減小”或“不變”)，陰極的電極反應式是____。

(3)如果粗銅中含有鋅、銀等雜質，丙裝置中反應一段時間，CuSO4溶液的濃度將__(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(4)若在標準狀況下，甲裝置有22.4 L O2參加反應，則乙裝置中轉化SO2和NO的物質的量共有____mol；丙裝置中陰極析出銅的質量為___g。

Answer 1

【答案】NO-3e-+2H2O=+4H+ H2SO4 根據反應5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4，產物中除有(NH4)2SO4外還有H2SO4或陽極的電極反應為SO2-2e-+2H2O=+4H+，故A為H2SO4 減小 NO+5e-+6H+=+H2O 減小 2.8 128

【解析】

根據題中圖示，判斷原電池甲的正負極，寫出燃料電池電極反應；根據題中圖示，判斷電解池乙的陰陽極，寫出陰陽極電極反應，據此分析解答；根據粗銅精煉原理，判斷Cu2+減少；根據轉移電子守恒，計算相應的物質的量及質量。

（1）由題中圖示可知，左端NO中N元素化合價由+2價失電子變成+5價，發生氧化反應，由原電池的工作原理圖示可知，左端的鉑電極為原電池負極，其電極反應：NO-3e-+2H2O=+4H+；答案為NO-3e-+2H2O=+4H+。

（2）由題中圖示可知，通SO2的石墨電極與電源正極相連，為陽極，失電子發生氧化反應，其電極反應為SO2-2e-+2H2O=+4H+，通NO的石墨電極為陰極，得電子發生還原反應，其電極反應為NO+5e-+6H+=+H2O，總反應方程式為5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4，產物中除有(NH4)2SO4外還有H2SO4或陽極的電極反應為SO2-2e-+2H2O=+4H+，A為H2SO4，由陽極的電極反應為SO2-2e-+2H2O=+4H+，可知電解過程中陽極附近pH減小，陰極的電極反應式是NO+5e-+6H+=+H2O；答案為H2SO4，由總反應方程式為5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4可知，產物中除有(NH4)2SO4外還有H2SO4或陽極的電極反應為SO2-2e-+2H2O=+4H+，A為H2SO4，減小，NO+5e-+6H+=+H2O。

（3）丙裝置中，粗銅作陽極，粗銅中含有鋅、銀等雜質，陽極上金屬失電子發生氧化反應，陰極上銅離子得電子生成銅，根據轉移電子守恒，陽極上Zn比Cu活潑，Zn會失電子變成Zn2+，陽極上銅消耗的質量小于陰極上析出銅的質量，所以溶液中硫酸銅濃度減小；答案為減小。

（4）在標準狀況下，甲裝置有22.4 L O2參加反應，即1molO2參加反應，轉移4mol電子，由轉移電子守恒得，陽極SO2-2e-+2H2O=+4H+，轉移4mol電子，參加反應SO2為2mol，陰極NO+5e-+6H+=NH4++H2O，轉移4mol電子，參加反應NO為0.8mol，乙裝置中轉化SO2和NO的物質的量共有2mol+0.8mol=2.8mol，丙裝置中陰極電極反應為Cu2++2e-=Cu，轉移4mol電子，析出2molCu，析出銅的質量為2mol×64g/mol=128g；答案為2.8，128。