Question

16．美國斯坦福大學研究人員最近發明一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量的差別進行發電．海水中的“水”電池總反應可表示為：5MnO₂+2Ag+2NaCl═Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl
（1）寫出負極電極反應式Ag+Cl^--e^-=AgCl↓．
（2）當生1mol Na₂Mn₅O₁₀時，轉移電子的數目是1.204×10²⁴．
用上述電池電解尿素[CO（NH₂）₂]的堿性溶液制合成氨的裝置如圖（隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽極均為惰性電極）．
（3）寫出A電極的名稱陽極．
（4）寫出電解時陽極的電極反應式CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．
（5）已知電解排出液中$\frac{n（O{H}^{-}）}{n（C{O}_{3}^{2-}）}$=1，則起始時進入電解池中的原料配比$\frac{n（KOH）}{n[CO（N{H}_{2}）_{2}]}$是3：1．

Answer 1

分析 （1）負極上失電子發生氧化反應；
（2）根據Na₂Mn₅O₁₀和轉移電子之間的關系式計算；
（3）由圖可知，CO（NH₂）₂在陽極放電生成N₂；
（4）據圖可知，CO（NH₂）₂得電子生成氮氣，C元素價態不變，生成碳酸根離子，據此分析；
（5）電解時總的化學方程式為：CO（NH₂）₂+2OH^-$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$CO₃^2-+N₂↑+3H₂↑，電解排出液中$\frac{n（O{H}^{-}）}{n（C{O}_{3}^{2-}）}$=1，可以推知起始時進入電解池中的原料配比$\frac{n（KOH）}{n[CO（N{H}_{2}）_{2}]}$．

解答 解：（1）根據電池總反應：5MnO₂+2Ag+2NaCl=Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl，可判斷出Ag應為原電池的負極，負極發生反應的電極方程式為：Ag+Cl^--e^-=AgCl，
故答案為：Ag+Cl^--e^-=AgCl↓；
（2）根據方程式中5MnO₂生成1Na₂Mn₅O₁₀，化合價共降低了2價，所以每生成1molNa₂Mn₅O₁₀轉移2mol電子，轉移電子數目為1.204×10²⁴，故答案為：1.204×10²⁴；（3）CO（NH₂）₂在A極放電生成N₂，反應方程式為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案為：陽極；
（4）陽極的電極反應式為CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案為：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（5）電解時總的化學方程式為：CO（NH₂）₂+2OH^-$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$CO₃^2-+N₂↑+3H₂↑，參加反應的OH^-與生成的CO₃^2-的物質的量之比為2：1，電解排出液中$\frac{n（O{H}^{-}）}{n（C{O}_{3}^{2-}）}$=1時，則起始時進入電解池中的原料配比$\frac{n（KOH）}{n[CO（N{H}_{2}）_{2}]}$是3：1，故答案為：3：1．

點評 本題考查了原電池和電解原理，明確元素化合價變化是解本題關鍵，根據元素化合價變化與陰陽極的關系來分析解答，難度中等．