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14.SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体,对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径.

(1)利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料,装置如图1所示:
①若A为CO,B为H2,C为CH3OH,则通入CO的一极电极反应式CO+4 e-+4H+=CH3OH.
②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,则负极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+
③若A为NO2,B为O2,C为HNO3,则负极的电极反应式为NO2-e-+H2O=NO3-+2H+
(2)碳酸盐燃料电池,以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质,操作温度为650℃,在此温度下以镍为催化剂,以煤气(CO、H2的体积比为1:1)直接做燃料,其工作原理如图2所示.
①电池负极反应式为CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O.
②以此电源电解足量的硝酸银溶液,若阴极产物的质量为21.6g,则阳极产生气体标准况下体积为1.12L.电解后溶液体积为2L,溶液的pH约为1.

分析 (1)①燃料电池中,通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极,该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价,所以CO是氧化剂;
②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子;
③若A为NH3,B为O2,C为HNO3,则正极发生还原反应;
(2)①该燃料电池中,负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水,由此书写电极反应式;
②依据消耗的氧气的量计算转移电子数,依据转移电子守恒,计算生成银的质量,根据消耗氢氧根计算氢离子浓度,从而计算pH;

解答 解:(1)①燃料电池中,通入氧化剂的电极是正极、通入还原剂的电极是负极,该反应中C元素化合价由+2价变为-2价、H元素化合价由0价变为+1价,所以CO是氧化剂,则通入CO的电极为正极,电极方程式为CO+4 e-+4H+=CH3OH,
故答案为:CO+4 e-+4H+=CH3OH;
②若A为SO2,B为O2,C为H2SO4,负极上二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子,电极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+
故答案为:SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+
③若A为NO2,B为O2,C为HNO3,则正极发生还原反应,氧气得电子生成水,电极方程式为O2+4e-+4H+═2H2O,负极是NO2,发生氧化反应生成硝酸,电极反应式为:NO2-e-+H2O=NO3-+2H+,故答案为:NO2-e-+H2O=NO3-+2H+
(2)①该燃料电池中,负极上一氧化碳、氢气失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水,电极反应式为:CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O;
故答案为:CO+H2-4e-+2CO32-=3CO2+H2O;
②电解足量的硝酸银溶液,阳极为氢氧根失电子生成氧气,阴极上发生反应:Ag++e-=Ag,产物的质量为21.6g即0.2mol,转移电子是0.2mol,在阳极上:4OH--4e-=2H2O+O2↑,产生氧气的物质的量是0.05mol,体积是1.12L,则消耗氢氧根的物质的量为0.2mol,则溶液中属于氢离子为0.2mol,浓度为$\frac{0.2mol}{2L}$=1mol/L,所以溶液的pH为1;
故答案为:1.12;1.

点评 本题考查原电池设计、燃料电池等知识点,会根据电池反应式确定正负极及电解质,发生氧化反应的金属作负极、不如负极材料活泼的金属或导电的非金属作正极,发生还原反应的电解质为原电池中电解质,会正确书写电极反应式,为高考高频点.

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