Question

【題目】電化學在我們的生產生活中占有越來越重要的地位。

（1）①燃料電池是一種綠色環保、高效的化學電源。上圖為甲醇燃料電池，則負極反應式為____。

②用甲醇燃料電池電解300mL飽和食鹽水，則電解的化學方程式為_________。電解一段時間后，當溶液的pH值為13時，消耗O2的質量為______g。（忽略溶液體積變化，不考慮損耗）

③用甲醇燃料電池電解2L，1mol/L硫酸銅溶液，一段時間后：兩極共收集到標準狀況下的氣體89.6L，則電路中共轉移_______mol電子。

（2）利用電化學原理，將NO2、O2和熔融KNO3制成燃料電池，模擬工業電解法來處理含Cr2O72-廢水，如下圖所示；電解過程中溶液發生反應：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O。

①甲池工作時，NO2轉變成綠色硝化劑Y，Y是N2O5，可循環使用，則石墨Ⅱ附近發生的電極反應式為__。

②向完全還原為Cr3+的乙池工業廢水中滴加NaOH溶液，可將鉻以Cr（OH）3沉淀的形式除去，已知Cr（OH）3存在以下溶解平衡：Cr（OH）3（s） Cr3+（aq）+3OH-（aq），常溫下Cr（OH）3的溶度積Ksp=c（Cr3+）c3（OH-）=1.0×10-32，要使c（Cr3+）降至10-5molL-1，溶液的pH應調至________。

Answer 1

【答案】CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 0.24g 8 O2+4e-+2N2O5=4NO3- 5

【解析】

(1) ①以KOH溶液作電解質溶液，甲醇燃料電池總反應式為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，分析反應中元素化合價變化可確定CH3OH通入的一極為負極，據此寫電極反應式。

②甲醇燃料電池總反應式2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，電解飽和食鹽水總反應式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，分析兩個反應中的電子轉移數目，結合甲醇燃料電池與電解池電子得失守恒找出關系式解答。

③根據電解硫酸銅的反應式2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4可確定一定量CuSO4電解產生的氣體物質的量，可判斷CuSO4電解完全后還有部分水被電解，以此分析解答。

(2) ①根據圖示NO2轉化為N2O5，由氮元素化合價的變化確定石墨I為負極，電解質為熔融KNO3，通入O2和N2O5一極轉化為NO3-，確定石墨II為正極，再寫電極反應式。

②Cr(OH)3沉淀完全時溶液中離子濃度有溶度積關系：c(Cr3+)·c3(OH-)=Ksp，再結合水的離子積常數計算溶液中pH。

(1) ①圖示為甲醇燃料電池，電解質溶液為KOH溶液，電池總反應為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，CH3OH中碳元素化合價由-2價升高到CO32-中的+4價，失去電子，所以通入CH3OH的一極為負極，負極反應式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

②電解飽和食鹽水時生成NaOH和Cl2、H2，其化學方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。電解一段時間后溶液中的c(H+)=10-13mol/L，則電解生成NaOH的物質的量濃度c(NaOH)=c(OH-)===0.1mol/L，即生成NaOH的物質的量n(NaOH)=0.3L×0.1mol/L=0.03mol，根據甲醇燃料電池與電解池電子得失守恒有：CH3OH~O2~6e-~6NaOH，則消耗O2質量m(O2)=·n(NaOH)·M(O2)=×0.03mol×32g/mol=0.24g。

③2L溶液中硫酸銅物質的量n(CuSO4)=2L×1mol/L=2mol，兩極共收集氣體物質的量==4mol，根據電解反應方程式2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4知2molCuSO4完全電解只能生成1molO2（小于4mol）；說明后來電解水：2H2O2H2↑+O2↑，電解水生成的氣體物質的量為4mol-1mol=3mol。分析兩步電解方程式可知：電解2molCuSO4轉移4mole-，電解水時生成3mol氣體轉移4mole-，所以電路中共轉移電子物質的量=4mole-+4mole-=8mole-，即8mol電子。

(2) ①甲池為NO2、O2和熔融KNO3組成的燃料電池，由圖示知電池工作時通入NO2的一極產生N2O5，氮元素的化合價由+4價升高到+5價，失去電子，故石墨I作負極，所以石墨II作正極；且電解質是熔融KNO3，所以通入O2和N2O5轉化為NO3-，則石墨Ⅱ附近發生的電極反應為O2+4e-+2N2O5=4NO3-。

②要使c(Cr3+)降至10-5molL-1，則此時溶液中c(OH-)===10-9mol/L，c(H+)===10-5mol/L，pH=-lg10-5=5，即溶液的pH應調至5。