Question

16．能源的開發(fā)、利用與人類社會的可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)，怎樣充分利用好能源是擺在人類面前的重大課題．
（1）依據(jù)原電池構(gòu)成原理，下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池的是D（填序號）．
A．C（s）+CO₂（g）═2CO（g）
B．NaOH（aq）+HCl（aq）═NaCl（aq）+H₂O（l）
C．2H₂O（l）═2H₂（g）+O₂（g）    
D．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）
若以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，依據(jù)所選反應(yīng)可以設(shè)計成一個原電池，請寫出該原電池的負(fù)極反應(yīng)CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O．
（2）以氨氣代替氫氣研發(fā)氨燃料電池是當(dāng)前科研的一個熱點．氨燃料電池使用的電解質(zhì)溶液是2mol•L^-1的KOH溶液，電池反應(yīng)為：4NH₃+3O₂═2N₂+6H₂O．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；每消耗1.7g NH₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.3N_A（阿伏加德羅常數(shù)的值用N_A表示）．
（3）用氨燃料電池電解CuSO₄溶液，如圖所示，A、B均為鉑電極，通電一段時間后，在A電極上有紅色固體析出，則B電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；此時向所得溶液中加入8gCuO固體后恰好可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則電解過程中收集到的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為1.12L．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)原電池的構(gòu)成原理，下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池需要是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；只有D符合；在堿溶液中甲烷燃料電池中燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）依據(jù)化學(xué)方程式分析氨氣化合價變化，判斷發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是氨氣，原電池中在負(fù)極失電子，正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子；結(jié)合化學(xué)方程式和電子轉(zhuǎn)移總數(shù)計算每消耗3.4g NH₃轉(zhuǎn)移的電子數(shù)；
（3）用氨燃料電池電解CuSO₄溶液，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電；根據(jù)原子守恒計算氧氣的體積．

解答 解：（1）設(shè)計成原電池需要是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；
A．C（s）+CO₂（g）=2CO（g）是非自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，故A不選；
B．NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H₂O（l），反應(yīng)是復(fù)分解反應(yīng)，不是氧化還原反應(yīng)，故B不選；
C．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g），反應(yīng)是非自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，故c不選；
D．CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，可以設(shè)計成原電池；故D選；
D反應(yīng)是甲烷燃料電池，在堿溶液中甲烷燃料電池中燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
正極電極反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：D；CH₄-8e^-+10OH^-=CO₃^2-+7H₂O；
（2）電池反應(yīng)為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．該電池負(fù)極是氨氣失電子生成氮氣，反應(yīng)的電極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，反應(yīng)中2mol氨氣反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移6mol電子，每消耗3.4g NH₃物質(zhì)的量=$\frac{1.7g}{17g/mol}$=0.1mol，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.3N_A；
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；0.3N_A；
（3）用氨燃料電池電解CuSO₄溶液，陽極上氫氧根離子放電，陰極上銅離子放電而析出銅，陽極上電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，向溶液中加入8gCuO固體后可使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則陽極上析出氧氣的質(zhì)量等于氧化銅中氧原子的質(zhì)量，根據(jù)原子守恒知，氧氣的體積=$\frac{\frac{8g}{80g/mol}×16g/mol}{32g/mol}$×22.4L/mol=1.12L；
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1.12．

點評 本題考查原電池和電解池知識，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、計算能力和電化學(xué)知識的綜合考查，為高考常見題型和高頻考點，注意把握電極方程式的書寫，題目難度中等．