Question

20．新能源开发中的燃料电池是低碳研究的重要领域．
（一）可燃性的有机物和氧气在理论上都可以作为燃料电池中的反应物，现以C_xH_yO_z表示燃料电池中的有机反应物，O₂为正极反应物，40%的KOH溶液为电解质溶液，请写出燃料电池的正极反应式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．若C_xH_yO_z为二甲醚，电池总反应为：CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O，电池示意如图，下列说法不正确的是CD．
A．a极为电池的负极
B．电池工作时电流由b极沿导线经灯泡再到a极
C．溶液中的质子通过交换膜由b极移向a极
D．电池工作时，1mol二甲醚被氧化时有6mol电子转移
（二）1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池．该电池以取之不尽的海水为电解液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，最后产物为氢氧化铝，则该电池的总反应为：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．
为了得到纯净的铝电极，某化学小组对某铝合金（含有镁、铜、硅）中铝的含量进行了测定，设计如下检验：
（1）取样品ag，称取时使用的仪器名称为托盘天平．
（2）将样品溶于足量的稀盐酸中，过滤，滤液中主要含有Mg²⁺、Al³⁺离子，滤渣中含有铜和硅，在溶解过滤时使用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯．
（3）在滤液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤，向滤液中通入足量CO₂，将得到氢氧化铝沉淀用蒸馏水洗涤数次后，烘干并灼烧至质量不再减少为止，冷却后称量，质量为bg．计算该样品中铝的质量分数$\frac{9b}{17a}$×100%．

Answer 1

分析 （一）燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，正极上是氧气得电子的还原反应，据此书写电极反应式；
A、燃料电池中，通入燃料的电极是负极；
B、电池工作时电流由正极沿导线到负极；
C、燃料电池中，阳离子从负极移向正极；
D．根据电池反应来确定电子转移的数目．
（二）原电池中，较活泼金属做负极，较不活泼金属或非金属做正极，铝较活泼，易被氧化而失去电子，应做原电池的负极，正极上氧气得电子发生还原反应；
（1）称量质量用到的仪器是托盘天平；
（2）样品中能与盐酸反应的是镁和；铜和硅与盐酸不反应；根据溶解、过滤时用到的玻璃仪器来回答；
（3）氢氧化铝沉淀烘干并灼烧至质量不再减少为止，得到的质量为bg的是氧化铝，根据铝元素守恒来计算合金中铝的含量．

解答 解：（一）在燃料电池中，正极上是氧气发生得电子的反应还原反应，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极是燃料CxHyOz发生失电子的氧化反应，正极加上负极反应即为总的燃料燃烧反应方程式；A、燃料电池中，通入燃料二甲醚的电极a是负极，故A正确；
B、电池工作时电流由正极b沿导线到负极a，故B正确；
C、燃料电池中，阳离子从负极移向正极，溶液中的质子通过交换膜由a极移向b极，故C错误；
D．根据电池反应CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O可知道电子转移的数目是12，故D错误．
故选CD；故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；CD；
（二）铝是活泼金属，易被氧化而失去电子，应做原电池的负极，电极反应式为Al-3e^-=Al³⁺，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，该电池的总反应为正极和负极反应之和，即：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃，故答案为：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．
（1）称量质量用到的仪器是托盘天平，故答案为：托盘天平；
（2）样品中能与盐酸反应的是镁和，铜和硅与盐酸不反应，将样品溶于足量的稀盐酸中，过滤，滤液中主要含有Mg²⁺、Al³⁺，滤渣中含有铜和硅，溶解、过滤时用到的玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯，故答案为：Mg²⁺、Al³⁺；铜和硅；漏斗、玻璃棒、烧杯．
（3）氢氧化铝沉淀烘干并灼烧至质量不再减少为止，得到的质量为bg的是氧化铝，根据铝元素守恒，合金中铝元素的质量分数是：$\frac{bg×\frac{54}{102}×100%}{a}$×100%=$\frac{9b}{17a}$×100%，故答案为：$\frac{9b}{17a}$×100%．

点评 本题考查了原电池、燃料电池的工作原理，明确正负极上得失电子及反应式的书写即可解答，难度不大，注意知识的归纳和梳理是关键．