Question

3．以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃為電解質，天然氣經重整催化作用提供反應氣的燃料電池如圖．下列說法正確的是（　　）

• A． 以此電池為電源電解精煉銅，當有0.1 mol e^-轉移時，有3.2 g銅溶解
• B． 若以甲烷為燃料氣時負極極反應式：CH₄+5O^2--8e^-═CO₃^2-+2H₂O
• C． 該電池使用過程中需補充Li₂CO₃和K₂CO₃
• D． 空氣極發生的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂═2CO${\;}_{3}^{2-}$

Answer 1

分析 該燃料電池中，通入甲烷的一極為原電池的負極，發生氧化反應，根據圖示信息知道負極電極反應式為：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，通入空氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
A、依據電子守恒結合電極反應計算得到；
B、原電池的負極上發生失電子的氧化反應；
C、根據得失電子守恒，分析判斷碳酸離子濃度的變化情況；
D、空氣極是氧氣得到電子，生成碳酸根離子的反應．

解答 解：A、電解精煉銅，陰極上銅離子得到電子生成銅，電極反應Cu²⁺+2e^-=Cu，當電路有0.1mol e^-轉移反應生成銅0.05mol，如果全部是銅放電，則溶解的銅的質量=0.05mol×64g/mol=3.2g，粗銅有比銅更活潑的金屬首先放電，所以溶解的銅小于3.2g，故A錯誤；
B、根據圖示信息，通入甲烷的電極是負極，在負極上，甲烷變為氫氣，氫氣發生失電子的氧化反應，即H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，故B錯誤；
C、假設轉移4mol的電子，根據電極反應：負極電極反應式為：H₂-2e^-+CO₃^2-=CO₂+H₂O，通入空氣和CO₂的混合氣體一極為原電池的正極，發生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，負極消耗2mol的碳酸根離子，正極產生2mol的碳酸根離子，所以碳酸根離子的濃度不變，無需補充Li₂CO₃和K₂CO₃，故C錯誤；
D、原電池正極上的電極反應式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，故D正確；
故選：D．

點評 本題考查了圖象分析判斷的方法應用，原電池原理的分析判斷和電極反應的分析判斷，掌握基礎是解題的關鍵，題目難度中等．