Question

在长期载人的太空飞行宇航器中，每个宇航员平均每天需要消耗0.9kgO₂，呼出1.0kgCO₂，为保持飞船内空气的成分稳定，科学家进行了大量的科学探索，有的科学家根据电化原理设计了飞船内空气更新实验系统，该系统结构示意图如下：

（1）管道①的作用是将飞船座舱中含CO₂的空气通入“电化学CO₂处理系统”的N极室，通过该电极反应可以使CO₂不断被吸收，则N极为

 

极（填“正”或“负”），其电极反应为：

 

，其电极产物吸收CO₂的离子方程式为

 

，在N极吸收CO₂后形成的阴离子会通过隔膜进入M极室，与M极上产生的产物反应又生成CO₂．从电解质溶液中释放出来，并保持系统内pH不变，该电极反应式为

 

，CO₂逸出的离子方程式为

 

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（2）管道②的作用是将处理后的空气混入“电解水系统产生的新鲜氧气”，然后通入飞船座舱内供宇航员呼吸．在电解水系统中，Y为

 

极（填“阴”或“阳”），X极的电极反应式

 

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（3）逸出的CO₂没有排出飞船外，而是通过管道③进入“CO₂还原系统”，在该系统内，CO₂跟H₂在一定条件下反应，其产物有甲烷等气体，甲烷可作飞船的燃料．已知甲烷的热值为56kJ/g，则甲烷在足量氧气中燃烧生成CO₂和液态水的热化学方程式

 

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Answer 1

分析：（1）含CO₂的空气通入“电化学CO₂处理系统”的N极室，N极上氧气得电子为正极，M极上氢起失去电子，氢离子与碳酸根离子反应生成二氧化碳和水；
（2）由图可知，Y极上氢离子得到电子生成氢气，为阴极，X极上氢氧根离子失去电子生成氧气；
（3）甲烷的热值为56kJ/g，则燃烧热为56kJ/mol×16g/mol=896kJ/mol，注明物质的状态书写热化学反应方程式．

解答：解：（1）含CO₂的空气通入“电化学CO₂处理系统”的N极室，N极上氧气得电子为正极，电极反应为2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，吸收CO₂的离子方程式为2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O，M极上氢起失去电子，该电极反应为H₂+2e^-=2H⁺，氢离子与碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，所以CO₂逸出的离子方程式为2H⁺+CO₃^2-=CO₂+H₂O，
故答案为：正；2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O；H₂+2e^-=2H⁺；2H⁺+CO₃^2-=CO₂+H₂O；
（2）由图可知，Y极上氢离子得到电子生成氢气，为阴极，而X极上氢氧根离子失去电子生成氧气，电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑），
故答案为：阴；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑）；
（3）甲烷的热值为56kJ/g，则燃烧热为△H=-56kJ/mol×16g/mol=-896kJ/mol，注明物质的状态可知热化学反应方程式为CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol，故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol．

点评：本题以信息形式考查原电池和热化学反应方程式，注意信息与所学知识的结构，明确图中生成物及得失电子是分析电极反应的关键，题目难度中等．