Question

3．科學家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高，可用于航天航空．如圖1所示裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-（O₂+4e^-═2O^2-）．
（1）d電極的名稱為負極，d電極上的電極反應式為CH₄+4O^2--8e^-═CO₂+2H₂O．
（2）如圖2所示用惰性電極電解100mL 0.5mol•L^-1 AgNO₃溶液，a電極上的電極反應式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．
若a電極產(chǎn)生560mL（標準狀況）氣體，則所得溶液的C（H⁺）=1mol/L（不考慮溶液體積變化），若要使電解質(zhì)溶液恢復到電解前的狀態(tài)，可加入a（填序號）其物質(zhì)的量為0.05mol
a  Ag₂O  b．AgOHc．AgNO₃ d．Ag₂SO₄．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)裝置圖中電流流向分析，c為正極，氧氣的電子發(fā)生還原反應，d為負極，甲烷失電子發(fā)生氧化反應；
（2）圖2中a為陽極，陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣，b為陰極，陰極上銀離子得電子生成Ag，據(jù)電極反應式計算反應生成氫離子物質(zhì)的量和濃度，反應時溶液中減少的是Ag和O元素，所以要加入Ag₂O才能恢復到電解前的狀態(tài)．

解答 解：（1）圖1是原電池，依據(jù)電流流向是從正極流向負極，c電極為正極，氧氣得到電子發(fā)生還原反應，d電極為電池負極，甲烷失電子發(fā)生還原反應，在兩極上分別通入CH₄和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂固體，它在高溫下能傳導陽極生成的O^2-離子，負極電極反應為：CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
故答案為：負極；CH₄+4O^2-═CO₂+2H₂O+8e^-；
（2）圖2中a為陽極，陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣，a電極上的電極反應式為4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑，b為陰極，陰極上銀離子得電子生成Ag；若a電極產(chǎn)生560mL（標準狀況）氣體，即生成氧氣為0.025mol，則反應生成氫離子物質(zhì)的量為0.1mol，所以氫離子濃度為1mol/L；電解時溶液中減少的是Ag和O元素，所以要加入Ag₂O才能恢復到電解前的狀態(tài)，由4AgNO₃+2 H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃可知，Ag₂O為0.05mol；
故答案為：4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑；1mol/L；a；0.05mol．

點評 本題考查了原電池和電解池原理，根據(jù)電流的流向判斷原電池，再結合各個電極上發(fā)生的電極反應分析解答，難點是電極反應式的書寫，題目難度中等，側重于考查學的分析能力和計算能力．