Question

9．科學家制造出一種使用固體電解質的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空．圖甲所示裝置中，以稀土金屬材料為惰性電極，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-（O₂+4e=2O^2-）

①c電極為正極，d電極上的電極反應式為CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-．
②圖乙是用惰性電極電解100mL 0.5mol•L^-1 CuSO₄溶液，a電極上的電極反應式為4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-．若a電極產生56mL（標準狀況）氣體，則所得溶液的pH=1（不考慮溶液體積變化），若要使電解質溶液恢復到電解前的狀態，可加入ac（選填字母序號）
a．CuO         b．Cu（OH）₂         c．CuCO₃       d．Cu₂（OH）₂CO₃．

Answer 1

分析 ①依據裝置圖中電流流向分析，c為正極，氧氣的電子發生還原反應，d為負極，甲烷失電子發生氧化反應；
②圖乙是電解池，與電源正極連接的a電極為陽極，發生4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O，b為陰極，發生為Cu²⁺+2e^-═Cu，結合電極方程式計算．

解答 解：①圖甲是原電池，依據電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發生還原反應，d電極為電池負極，甲烷失電子發生還原反應，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-離子，負極電極反應為：CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
故答案為：正極； CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
②如圖乙所示電解100mL0.5mol•L^-1CuSO₄溶液，發生的電解池反應為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，與電源正極相連的為陽極，溶液中 氫氧根離子失去電子發生氧化反應，電極反應為：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；
若a電極產生56mL（標準狀況）氣體為氧氣，物質的量為0.0025mol，消耗氫氧根離子物質的量為0.01mol，溶液中生成氫離子物質的量為0.01mol，c（H⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，pH=-lg0.1=1；
則所得溶液電解過程中CuSO₄溶液每損失2個Cu原子，就損失2個 O原子，相當于損失一個CuO，為了使CuSO₄溶液，恢復原濃度，應加入CuO，也可以加入CuCO₃，符合恢復溶液濃度的定量關系，但不能加入Cu（OH）₂、Cu₂（OH）₂CO₃，因為CuCO₃+H₂SO₄═CuSO₄+CO₂↑+H₂O，相當于加CuO，而Cu（OH）₂+H₂SO₄═CuSO₄+2H₂O、Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄═2CuSO₄ +CO₂↑+3H₂O，除增加溶質外還增加了水，故選ac．
故答案為：4OH^-═2H₂O+O₂↑+4e^-；1；ac．

點評 本題考查電解的有關判斷，是中等難度的試題，試題綜合性強，在注重對基礎知識鞏固和訓練的同時，主要是側重對學生能力的培養，有助于培養學生的邏輯思維能力和發散思維能力，提高學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力．