Question

16．美国斯坦福大学研究人员最近发明一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电．海水中的“水”电池总反应可表示为：5MnO₂+2Ag+2NaCl═Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl
（1）写出负极电极反应式Ag+Cl^--e^-=AgCl↓．
（2）当生1mol Na₂Mn₅O₁₀时，转移电子的数目是1.204×10²⁴．
用上述电池电解尿素[CO（NH₂）₂]的碱性溶液制合成氨的装置如图（隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）．
（3）写出A电极的名称阳极．
（4）写出电解时阳极的电极反应式CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O．
（5）已知电解排出液中$\frac{n（O{H}^{-}）}{n（C{O}_{3}^{2-}）}$=1，则起始时进入电解池中的原料配比$\frac{n（KOH）}{n[CO（N{H}_{2}）_{2}]}$是3：1．

Answer 1

分析 （1）负极上失电子发生氧化反应；
（2）根据Na₂Mn₅O₁₀和转移电子之间的关系式计算；
（3）由图可知，CO（NH₂）₂在阳极放电生成N₂；
（4）据图可知，CO（NH₂）₂得电子生成氮气，C元素价态不变，生成碳酸根离子，据此分析；
（5）电解时总的化学方程式为：CO（NH₂）₂+2OH^-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$CO₃^2-+N₂↑+3H₂↑，电解排出液中$\frac{n（O{H}^{-}）}{n（C{O}_{3}^{2-}）}$=1，可以推知起始时进入电解池中的原料配比$\frac{n（KOH）}{n[CO（N{H}_{2}）_{2}]}$．

解答 解：（1）根据电池总反应：5MnO₂+2Ag+2NaCl=Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl，可判断出Ag应为原电池的负极，负极发生反应的电极方程式为：Ag+Cl^--e^-=AgCl，
故答案为：Ag+Cl^--e^-=AgCl↓；
（2）根据方程式中5MnO₂生成1Na₂Mn₅O₁₀，化合价共降低了2价，所以每生成1molNa₂Mn₅O₁₀转移2mol电子，转移电子数目为1.204×10²⁴，故答案为：1.204×10²⁴；（3）CO（NH₂）₂在A极放电生成N₂，反应方程式为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案为：阳极；
（4）阳极的电极反应式为CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O，故答案为：CO（NH₂）₂+8OH^--6e^-=CO₃^2-+N₂↑+6H₂O；
（5）电解时总的化学方程式为：CO（NH₂）₂+2OH^-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$CO₃^2-+N₂↑+3H₂↑，参加反应的OH^-与生成的CO₃^2-的物质的量之比为2：1，电解排出液中$\frac{n（O{H}^{-}）}{n（C{O}_{3}^{2-}）}$=1时，则起始时进入电解池中的原料配比$\frac{n（KOH）}{n[CO（N{H}_{2}）_{2}]}$是3：1，故答案为：3：1．

点评 本题考查了原电池和电解原理，明确元素化合价变化是解本题关键，根据元素化合价变化与阴阳极的关系来分析解答，难度中等．