Question

【题目】科学家制造出一种使用固态电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。如图1所示装置中，以稀土金属材料作为惰性电极，在电极上分别通入CH4和空气，其中固态电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导O2－(O2＋4e－=2O2－)。

(1)c电极的名称为________(填“正极”或“负极”)，d电极上的电极反应式为： ____。

(2)如图2所示用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a电极上的电极反应式为： __________，若a电极产生56 mL(标准状况)气体，则所得溶液的c(H＋)=________(不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入________(填字母)。

a.CuO b.Cu(OH)2 c.CuCO3 d.Cu2(OH)2CO3

Answer 1

【答案】正极 CH4＋4O2－-8e－=CO2+2H2O 4OH－-4e－=2H2O＋O2↑ 0.1 mol·L－1 ac

【解析】

(1)依据装置图中电流流向分析，c为正极，氧气得电子发生还原反应，d为负极，甲烷失电子发生氧化反应；

(2)图2是电解池，与电源正极连接的a电极为阳极，发生4OH--4e-=O2↑+2H2O，b为阴极，发生为Cu2++2e-=Cu，结合电极方程式计算，使溶液恢复的方法是加入两个电极产物反应后得到的物质。

(1)图1是原电池，依据电流流向是从正极流向负极，c电极为正极，氧气得到电子发生还原反应，d电极为电池负极，甲烷失电子发生还原反应，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2-离子，负极电极反应为：CH4+4O2－-8e－=CO2+2H2O；

(2)如图2所示电解100mL0.5mol/LCuSO4溶液，发生的电解池反应为：2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，与电源正极相连的为阳极，溶液中OH-失去电子发生氧化反应，电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑；

若a电极产生56mL(标准状况)气体为O2，其物质的量n(O2)=0.056L÷22.4L/mol=0.0025mol，消耗OH-离子的物质的量为n(OH-)=4n(O2)=0.01mol，则溶液中生成H+物质的量n(H+)= n(OH-)=0.01mol，c(H+)==0.1mol/L；

在所得溶液电解过程中，CuSO4溶液每反应产生2个Cu原子，就会同时损失2个O原子，相当于失去2个CuO，为了使CuSO4溶液，恢复原浓度，应加入CuO，也可以加入CuCO3，因为CuCO3+H2SO4=CuSO4+CO2↑+H2O，相当于加CuO，符合恢复溶液浓度的定量关系；但不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3，而Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO4═2CuSO4+CO2↑+3H2O，除增加溶质外还增加了水，故合理选项是ac。