Question

20．電化學原理在醫學醫療中有重要應用．
（1）碘可用作心臟起搏器電源-鋰碘電池的材料．該電池反應如下：
已知：2Li（s）+I₂（s）═2LiI（s）△H
4Li（s）+O₂（g）═2Li₂O（s）△H₁
4LiI（s）+O₂（g）═2I₂（s）+2Li₂O（s）△H₂
則△H=$\frac{1}{2}$（△H₁-△H₂）（用含有△H₁、△H₂的式子表示）；碘電極作為該電池的正極．
（2）人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素[CO（NH₂）₂]，其原理如圖所示．
請回答下列問題：
①直流電的負極為B （填“A”或“B”）；
②陽極電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陽極室中接著發生的反應的化學方程式為CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③電解結束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）；若兩極共收集到氣體11.2L（標準狀況），則除去的尿素為6.0g（忽略氣體的溶解）．

Answer 1

分析 （1）依據蓋斯定律計算反應熱，根據碘在反應中化合價降低，反應還原反應來分析；
（2）①電解池的陰極連接電源的負極，根據電解產物判斷；
②陽極室中發生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③根據電極方程式計算，有關反應有為陰極反應為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑），陽極反應為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．

解答 解：（1）①4Li（s）+O₂（g）═2Li₂O（s）△H₁
②4LiI（s）+O₂（g）═2I₂（s）+2Li₂O（s）△H₂
依據蓋斯定律$\frac{（①-②）}{2}$得：2Li（s）+I₂（s）═2LiI（s），所以△H=$\frac{1}{2}$（△H₁-△H₂）；碘在反應中化合價降低，反應還原反應，在正極放電，
故答案為：$\frac{1}{2}$（△H₁-△H₂）；正；
（2）①根據電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規律及本題圖中的電極產物H₂和Cl₂，可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負極，
故答案為：B；
②陽極首先發生氧化反應生成氯氣，氯氣和尿素反應生成氮氣、二氧化碳和氯化氫，陽極室中發生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③陰極反應為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）
陽極反應為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH^-、H⁺的數目相等，陽極室中反應產生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^-恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；
由上述反應式可以看出，轉移6mole^-時，陰極產生3molH₂，陽極產生1molN₂和1molCO₂，故電解收集到的11.2 L氣體中，V（N₂）=V（CO₂）=$\frac{11.2L}{5}$=2.24L，
即n（N₂）=n（CO₂）=0.1 mol，根據方程式CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知生成0.1 mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物質的量也為0.1 mol，其質量為：m[CO（NH₂）₂]=0.1 mol×60 g•mol^-1=6.0 g，
故答案為：不變；6.0．

點評 本題考查了蓋斯定律及其電解原理知識，包括電極產物的判斷、電解原理及其應用等，解答電解原理試題時，首先要注意陽極材料，若陽極材料為除Au、Pt之外的金屬，則陽極金屬先失去電子，若陽極材料為惰性電極，熟記陰陽離子的放電順序是解題的關鍵，題目難度中等．