Question

3． 蓄電池是一種反復充電、放電的特定裝置．已知一種蓄電池在充電和放電時發(fā)生的反應如下：NiO₂+Fe+2H₂O$?_{充電}^{放電}$ Fe（OH）₂+Ni（OH）₂．
 （1）此蓄電池在充電時，電池負極應與外加電源的負極連接，電極反應式為：Fe（OH）₂+2e^-═Fe+2OH^-

 （2）以銅為電極，用此蓄電池作電源，電解以下溶液，開始階段發(fā)生反應：Cu+2H₂O═Cu（OH）₂+H₂↑的有BCE
A．稀H₂SO₄　B．NaOH溶液　C．Na₂SO₄溶液  D．CuSO₄溶液  E．NaCl溶液
（3）假如用此蓄電池電解以下溶液 （電解池兩極均為惰性電極），工作一段時間后，蓄電池內(nèi)部消耗了0.36 g水．請回答下列問題：
①電解足量N（NO₃）_x溶液時某一電極析出了a g金屬N，則金屬N的相對原子質量R的計算公式為R=50ax（用含a、x的代數(shù)式表示）．
②電解含有0.1 mol•L^-1的CuSO₄溶液100 mL，陽極產(chǎn)生標準狀況下的氣體體積為0.112L；將電解后的溶液加水稀釋至2L，溶液的pH=2
（4）熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質、CH₄為燃料、空氣為氧化劑、稀土金屬材料為電極的新型電池．已知該熔融鹽電池的負極的電極反應是：CH₄-8e^-+4 CO═5CO₂+2H₂O，則正極的電極反應式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；
（5）有一種用CO₂為主要原料生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-a kJ•mol^-1、
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-b kJ•mol^-1、
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）；△H=-c kJ•mol^-1、
H₂O（g）═H₂O（l）；△H=-d kJ•mol^-1．
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）此蓄電池在充電時，電池負極應與外加電源的負極連接作陰極，得電子發(fā)生還原反應；
（2）以銅為電極，用此蓄電池作電源，電解以下溶液，開始階段發(fā)生反應：Cu+2H₂O═Cu（OH）₂+H₂↑，說明陰極為水中氫離子得電子發(fā)生還原反應，據(jù)此判斷；
第（1）題依據(jù)電池反應分析，充電為電解池，放電為原電池；放電過程中原電池的負極上失電子發(fā)生氧化反應，正極上發(fā)生還原反應；
（3）放電是原電池反應，NiO₂+Fe+O$?_{充電}^{放電}$ Fe（OH）₂+Ni（OH）₂，負極：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正極：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-；工作一段時間后蓄電池內(nèi)部消耗了0.36g水，n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，
①由電子守恒可知，電解N（NO₃）_x溶液時，某一極增加了agN，2N～2xe^-；
②n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，根據(jù)方程式，電池轉移電子為0.02mol，由離子放電順序可知，電解含有0.1mol•L^-1的CuSO₄溶液100mL，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子得電子，以此計算；
（4）燃料電池中，正極發(fā)生的反應一定是氧氣得電子發(fā)生還原反應的過程；
（5）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，-①-②+$\frac{3}{2}$×③+2×④計算得到．

解答 解：（1）此蓄電池在充電時，電池負極應與外加電源的負極連接作陰極，得電子發(fā)生還原反應，反應式為：Fe（OH）₂+2e^-═Fe+2OH^-；故答案為：負；Fe（OH）₂+2e^-═Fe+2OH^-；
（2）以銅為電極，用此蓄電池作電源，電解以下溶液，開始階段發(fā)生反應：Cu+2H₂O═Cu（OH）₂+H₂↑，說明陰極為水中氫離子得電子發(fā)生還原反應，所以可以為活潑的金屬陽離子的溶液，故BCE符合，AD不符合，故選：BCE；
（3）①負極：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正極：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-；
工作一段時間后蓄電池內(nèi)部消耗了0.36g水，n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，則電池轉移電子為0.02mol；
由電子守恒可知，電解N（NO₃）_x溶液時，某一極增加了agN，2N～2xe^-，則設N的相對原子質量為RRR，
2M～2xe^-
2R   2x
a  0.02mol
解得R=50ax，故答案為：50ax；
②n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，根據(jù)方程式，電池轉移電子為0.02mol，由離子放電順序可知，電解含有0.1mol•L^-1的CuSO₄溶液100mL，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子得電子，
陽極上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
        4    4       1
   0.02mol 0.02mol 0.005mol    
則陽極生成0.005mol氣體，體積為0.005mol×22.4L/mol=0.112L，
陰極上：
Cu²⁺+2e^-=Cu
1         2        1
0.01mol 0.02mol 0.01mol
則氫氧根離子失電子減少0.02mol，氫離子增加0.02mol，所以溶液中氫離子增加0.02mol；
c（H⁺）=$\frac{0.02}{2}$=0.01mol/L，所以pH=2，
故答案為：0.112L；2；
（4）燃料電池中，正極發(fā)生的反應一定是氧氣得電子的過程，該電池的電解質環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-），故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-）；
（5）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ•mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ•mol^-1．
根據(jù)蓋斯定律，-①-②+$\frac{3}{2}$×③+2×④得到CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H△H=-△H₁-△H₂+$\frac{3}{2}$△H₃+2△H₄=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，則CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c+2d-a-b）kJ•mol^-1．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、原電池、電解池原理的分析判斷和計算應用，注意混合電解中電子守恒的計算應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．