Question

14．SO₂、CO、CO₂、NO_x是對環(huán)境影響較大的幾種氣體，對它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑．

（1）利用電化學(xué)原理將CO、SO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料，裝置如圖1所示：
①若A為CO，B為H₂，C為CH₃OH，則通入CO的一極電極反應(yīng)式CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH．
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極的電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
③若A為NO₂，B為O₂，C為HNO₃，則負極的電極反應(yīng)式為NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺．
（2）碳酸鹽燃料電池，以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物為電解質(zhì)，操作溫度為650℃，在此溫度下以鎳為催化劑，以煤氣（CO、H₂的體積比為1：1）直接做燃料，其工作原理如圖2所示．
①電池負極反應(yīng)式為CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O．
②以此電源電解足量的硝酸銀溶液，若陰極產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6g，則陽極產(chǎn)生氣體標準況下體積為1.12L．電解后溶液體積為2L，溶液的pH約為1．

Answer 1

分析 （1）①燃料電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極，該反應(yīng)中C元素化合價由+2價變?yōu)?2價、H元素化合價由0價變?yōu)?1價，所以CO是氧化劑；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，負極上二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子；
③若A為NH₃，B為O₂，C為HNO₃，則正極發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）①該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，由此書寫電極反應(yīng)式；
②依據(jù)消耗的氧氣的量計算轉(zhuǎn)移電子數(shù)，依據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒，計算生成銀的質(zhì)量，根據(jù)消耗氫氧根計算氫離子濃度，從而計算pH；

解答 解：（1）①燃料電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極，該反應(yīng)中C元素化合價由+2價變?yōu)?2價、H元素化合價由0價變?yōu)?1價，所以CO是氧化劑，則通入CO的電極為正極，電極方程式為CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH，
故答案為：CO+4 e^-+4H⁺=CH₃OH；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，負極上二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
③若A為NO₂，B為O₂，C為HNO₃，則正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣得電子生成水，電極方程式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，負極是NO₂，發(fā)生氧化反應(yīng)生成硝酸，電極反應(yīng)式為：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺，故答案為：NO₂-e^-+H₂O=NO₃^-+2H⁺；
（2）①該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為：CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；
故答案為：CO+H₂-4e^-+2CO₃^2-=3CO₂+H₂O；
②電解足量的硝酸銀溶液，陽極為氫氧根失電子生成氧氣，陰極上發(fā)生反應(yīng)：Ag⁺+e^-=Ag，產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6g即0.2mol，轉(zhuǎn)移電子是0.2mol，在陽極上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量是0.05mol，體積是1.12L，則消耗氫氧根的物質(zhì)的量為0.2mol，則溶液中屬于氫離子為0.2mol，濃度為$\frac{0.2mol}{2L}$=1mol/L，所以溶液的pH為1；
故答案為：1.12；1．

點評 本題考查原電池設(shè)計、燃料電池等知識點，會根據(jù)電池反應(yīng)式確定正負極及電解質(zhì)，發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬作負極、不如負極材料活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，發(fā)生還原反應(yīng)的電解質(zhì)為原電池中電解質(zhì)，會正確書寫電極反應(yīng)式，為高考高頻點．