Question

在長期載人的太空飛行宇航器中，每個宇航員平均每天需要消耗0.9kgO₂，呼出1.0kgCO₂，為保持飛船內空氣的成分穩定，科學家進行了大量的科學探索，有的科學家根據電化原理設計了飛船內空氣更新實驗系統，該系統結構示意圖如下：

（1）管道①的作用是將飛船座艙中含CO₂的空氣通入“電化學CO₂處理系統”的N極室，通過該電極反應可以使CO₂不斷被吸收，則N極為

 

極（填“正”或“負”），其電極反應為：

 

，其電極產物吸收CO₂的離子方程式為

 

，在N極吸收CO₂后形成的陰離子會通過隔膜進入M極室，與M極上產生的產物反應又生成CO₂．從電解質溶液中釋放出來，并保持系統內pH不變，該電極反應式為

 

，CO₂逸出的離子方程式為

 

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（2）管道②的作用是將處理后的空氣混入“電解水系統產生的新鮮氧氣”，然后通入飛船座艙內供宇航員呼吸．在電解水系統中，Y為

 

極（填“陰”或“陽”），X極的電極反應式

 

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（3）逸出的CO₂沒有排出飛船外，而是通過管道③進入“CO₂還原系統”，在該系統內，CO₂跟H₂在一定條件下反應，其產物有甲烷等氣體，甲烷可作飛船的燃料．已知甲烷的熱值為56kJ/g，則甲烷在足量氧氣中燃燒生成CO₂和液態水的熱化學方程式

 

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Answer 1

分析：（1）含CO₂的空氣通入“電化學CO₂處理系統”的N極室，N極上氧氣得電子為正極，M極上氫起失去電子，氫離子與碳酸根離子反應生成二氧化碳和水；
（2）由圖可知，Y極上氫離子得到電子生成氫氣，為陰極，X極上氫氧根離子失去電子生成氧氣；
（3）甲烷的熱值為56kJ/g，則燃燒熱為56kJ/mol×16g/mol=896kJ/mol，注明物質的狀態書寫熱化學反應方程式．

解答：解：（1）含CO₂的空氣通入“電化學CO₂處理系統”的N極室，N極上氧氣得電子為正極，電極反應為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，吸收CO₂的離子方程式為2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O，M極上氫起失去電子，該電極反應為H₂+2e^-=2H⁺，氫離子與碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，所以CO₂逸出的離子方程式為2H⁺+CO₃^2-=CO₂+H₂O，
故答案為：正；2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O；H₂+2e^-=2H⁺；2H⁺+CO₃^2-=CO₂+H₂O；
（2）由圖可知，Y極上氫離子得到電子生成氫氣，為陰極，而X極上氫氧根離子失去電子生成氧氣，電極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑），
故答案為：陰；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑）；
（3）甲烷的熱值為56kJ/g，則燃燒熱為△H=-56kJ/mol×16g/mol=-896kJ/mol，注明物質的狀態可知熱化學反應方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol，故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol．

點評：本題以信息形式考查原電池和熱化學反應方程式，注意信息與所學知識的結構，明確圖中生成物及得失電子是分析電極反應的關鍵，題目難度中等．