Question

1．SO₂、CO、CO₂、NO_х是對環境影響較大的幾種氣體，對它們的合理控制和優化我們生存環境的有效途徑．
（1）利用電化學原理將CO、SO₂轉化為重要化工原料，裝置如圖1所示：

①若A為CO，B為H₂，C為CH₃OH，則通入CO的一極為正極（填“正”或“負”）．
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極的電極反應式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
③若A為NO₂，B為O₂，C為HNO₃，則正極的電極反應式為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O．
（2）碳酸鹽燃料電池以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物為電解質，操作溫度為650℃，在此溫度下以鎳為催化劑，以煤氣（CO、H₂的體積比為1：1）直接作燃料，其工作原理如圖2所示．
①電池總反應為CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O．
②以此電源電解足量的硝酸銀溶液，若陰極產物的質量為21.6g，則陽極產生氣體標準狀況下體積為1.12L．電解后溶液體積為2L，溶液的pH約為1．
（3）某研究小組利用下列裝置用N₂O₄生產新型硝化劑N₂O₅．
①現以H₂、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成燃料電池，采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖3所示，其中Y為CO₂．在該電極上同時還引入CO₂的目的是氧氣可以和二氧化碳共同轉化為碳酸根離子；可以保持熔融鹽的成分不變．
②電解過程中，生成N₂O₅的電極反應方程式為N₂O₄+HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）①燃料電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極，該反應中C元素化合價由+2價變為-2價、H元素化合價由0價變為+1價，所以CO是氧化劑；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，負極上二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子；
③若A為NH₃，B為O₂，C為HNO₃，則正極發生還原反應；
（2）①該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，正極上是氧氣得電子的還原反應，總反應等于兩極上的反應之和；
②依據消耗的氧氣的量計算轉移電子數，依據轉移電子守恒，計算生成銀的質量，根據消耗氫氧根計算氫離子濃度，從而計算pH；
（3）①在正極上，氧氣得電子生成的氧離子可以和二氧化碳結合為碳酸根離子；
②先根據化合價判斷生成N₂O₅的電極，再根據離子的放電順序寫出電極反應式．

解答 解：（1）①燃料電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極，該反應中C元素化合價由+2價變為-2價、H元素化合價由0價變為+1價，所以CO是氧化劑，則通入CO的電極為正極，故答案為：正；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，負極上二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
③若A為NH₃，B為O₂，C為HNO₃，則正極發生還原反應，氧氣得電子生成水，電極方程式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
（2）①該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，正極上是氧氣得電子的還原反應，電池總反應為一氧化碳、氫氣與氧氣反應生成二氧化碳和水，總反應方程式為：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
故答案為：CO+H₂+O₂=CO₂+H₂O；
②電解足量的硝酸銀溶液，陽極為氫氧根失電子生成氧氣，陰極上發生反應：Ag⁺+e^-=Ag，產物的質量為21.6g即0.2mol，轉移電子是0.2mol，在陽極上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，產生氧氣的物質的量是0.05mol，體積是1.12L，則消耗氫氧根的物質的量為0.2mol，則溶液中屬于氫離子為0.2mol，濃度為$\frac{0.2mol}{2L}$=1mol/L，所以溶液的pH為1；
  故答案為：1.12；1；
（3）①在正極上，氧氣得電子生成的氧離子可以和二氧化碳結合為碳酸根離子，可以保持熔融鹽的成分不變，故答案為：氧氣可以和二氧化碳共同轉化為碳酸根離子；可以保持熔融鹽的成分不變；
②N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應該在左側生成N₂O₅，即在陽極區域生成，據電極反應離子放電順序可知：陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應，則陽極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：N₂O₄+HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點評 本題考查原電池設計、燃料電池等知識點，會根據電池反應式確定正負極及電解質，發生氧化反應的金屬作負極、不如負極材料活潑的金屬或導電的非金屬作正極，發生還原反應的電解質為原電池中電解質，會正確書寫電極反應式，為高考高頻點．