Question

2．熔融鹽燃料電池具有高的發電效率，因而受到重視，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融鹽混合物作電解質，CO為陽極燃氣，空氣與CO₂的混和氣為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，已知其電池反應相當于CO的燃燒，且負極反應式為2CO+2CO₃^2--4e^-=4CO₂
（1）該電池的正極反應式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
（2）若用該燃料電池與如圖裝置連接模擬工業電解食鹽水，則鐵棒應連接電源的負極（填寫“正極”或“負極”），電解總反應的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂+Cl₂+2OH^-．當電池內通過0.2mol 電子時，電解裝置中兩極共生成氣體4.48L（標準狀況下），此時將電解液充分混合，溶液的pH=14（不考慮溶液體積的變化）．
（3）利用該燃料電池做電源，以NiSO₄溶液為電解質溶液進行粗鎳（含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等雜質）的電解精煉，下列說法正確的是cd（填代號）．（已知氧化性：Fe²⁺＜Ni²⁺＜Cu²⁺）
a．電解過程中，化學能轉化為電能        b．粗鎳作陽極，發生還原反應
c．利用陽極泥可回收Cu、Pt、Au等金屬   d．粗鎳精煉時通過的電量與陰極析出鎳的質量成正比．

Answer 1

分析 （1）該燃料電池中，負極上CO失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子；
（2）電解食鹽水時，陰極氫離子得電子，陽極氯離子失電子，活性電極不能作陽極；結合轉移電子與反應物之間的關系計算；
（3）依據電解精煉銅原理分析，粗鎳做陽極，發生氧化反應，精鎳做陰極發生還原反應據此分析解答．

解答 解：該熔融鹽燃料電池中，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O₂+2CO₂+4e^-═2 CO₃^2-，
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
（2）電解食鹽水時，陰極氫離子得電子，陽極氯離子失電子，活性電極不能作陽極，所以鐵棒作陰極，與負極相連；電極方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂+Cl₂+2OH^-；
當電池內通過0.2mol 電子時，生成0.1mol氫氣，0.1mol氯氣和0.2molOH^-，則所得氣體的總體積為0.2mol×22.4L/mol=4.48L，溶液中c（OH^-）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，所以溶液的pH=14；
故答案為：負極；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂+Cl₂+2OH^-；4.48；14；
（3）a．電解過程中，電能轉化為化學能，故A錯誤；
b．粗鎳作陽極，金屬失電子發生氧化反應，故b錯誤；
c．Cu、Pt、Au金屬活動性比鎳弱，不放電，沉降在陽極區形成陽極泥，利用陽極泥可回收Cu、Pt、Au等金屬，故c正確；
d．根據陰極的電極反應式Ni²⁺+2e^-=Ni 可知每通過2mol電子，析出1mol鎳，所以粗鎳精煉時通過的電量與陰極析出鎳的質量成正比，故d正確；
故答案為：cd．

點評 本題考查化學電源新型電池、電解原理的應用，側重考查電極反應式的書寫和電子守恒在計算中的應用，燃料電池電極反應式的書寫是學習難點，燃料電池中，負極上燃料失電子、正極上氧化劑得電子，題目難度中等．