關(guān)于電化學(xué)的綜合問題

1、關(guān)于電化學(xué)的綜合問題唐榮德1在長期載人太空飛行的宇航器中，每個(gè)宇航員平均需要消耗0.9 kg氧氣，呼出1.0 kg二氧化碳。為了能保持飛船座艙內(nèi)空氣成分的穩(wěn)定，宇航科學(xué)家進(jìn)行了大量的科學(xué)探索。方法一：有的科學(xué)家提出“金屬過氧化物處理系統(tǒng)”，即不斷把座艙內(nèi)的空氣通過盛有金屬過氧化物(以過氧化鈉為例)的容器，并把處理后的氣體充入座艙。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ；將處理后的氣體充入座艙時(shí)，應(yīng)注意采取的一項(xiàng)措施是 。方法二；有的科學(xué)家根據(jù)電化學(xué)原理設(shè)計(jì)了飛船內(nèi)空氣更新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：(1) 管道把飛船座艙中含較多二氧化碳的潮濕空氣通入“電化學(xué)二氧化碳處理系統(tǒng)”的N極室，通過該電極反應(yīng)可以

2、使二氧化碳不斷被吸收；該電極反應(yīng)式為 ，其電極產(chǎn)物吸收二氧化碳的離子方程式為 。在N極吸收二氧化碳后形成的離子會(huì)通過隔膜進(jìn)入M極室，通過M極室的電極反應(yīng)可使二氧化碳從電解液中釋放出來，并保持系統(tǒng)內(nèi)的pH值不變；該電極反應(yīng)式為 ，二氧化碳逸出的離子方程式為 。(2) 管道是將處理后的空氣混入“電解水系統(tǒng)”產(chǎn)生的新鮮氧氣，然后通入飛船座艙內(nèi)供宇航員呼吸用。在“電解水系統(tǒng)中”，Y為 極(填“陰”或“陽”)，X極的電極反應(yīng)式為 。(3) 逸出的二氧化碳沒有排出飛船外，而是通過管道進(jìn)入“二氧化碳還原系統(tǒng)”。在該系統(tǒng)內(nèi)，二氧化碳跟氫氣在一定條件下反應(yīng)，其產(chǎn)物有甲烷等氣體。請(qǐng)?jiān)u價(jià)這樣處理的重要意義 。1.

3、(1) 方法一： 2Na2O22CO22Na2CO3O2； 2Na2O22H2O4NaOHO2­；補(bǔ)充適量的水蒸氣 方法二：(1) 2H2OO24e4OH-；CO22OH- H2O；2H24OH-4e4H2O；H2O2OH-CO2­； (2) 陰；4OH-4e2H2OO2­； (3) 生成的甲烷可做飛船的氣體燃料，體現(xiàn)了物質(zhì)的循環(huán)使用和充分利用。 2阿波羅宇宙飛船使用的氫氧燃料電池是一種新型化學(xué)電源，其構(gòu)造如圖5所示。圖中兩個(gè)電極均由多孔性碳制成，所通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。 （1）a是 極，b是 極。電極反應(yīng)式分別是： a極： b極： 圖5 （2）

4、飛船上宇航員的生活用水由燃料電池供給。已知電池每發(fā)1度電能產(chǎn)生350 g水。請(qǐng)根據(jù)反應(yīng)：2H2(g)O2(g)2H2O(aq)572 kJ，計(jì)算該電池的能量轉(zhuǎn)化率。 （3）該電池的輸出電壓為1.2 V，要使標(biāo)示電壓1.2V、功率1.5 W的的燈泡連續(xù)發(fā)光1 h，應(yīng)消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的H2的體積為 L。 解析：H2是還原劑，發(fā)生氧化反應(yīng)，a極應(yīng)為負(fù)極（H2失去電子生成H+，立即與OH-結(jié)合生成水；O2是氧化劑，發(fā)生還原反應(yīng)，b應(yīng)為正極（O2得到電子并與水結(jié)合為OH-)。1度電的能量為3600 kJ，按照反應(yīng)的化學(xué)方程式中化學(xué)能量的計(jì)算，每生成2 mol水（36 g）放出能量572 kJ，則生成350

5、 g水，應(yīng)放出能量5560 kJ，3600 kJ / 5560kJ×10064.7。功率1.5 W的燈泡發(fā)光1 h，電能為1.5×3600 J5400 J5.4 kJ。按能量轉(zhuǎn)化率折算，化學(xué)能應(yīng)為5.4 kJ / 64.7%8.35 kJ。每消耗44.8 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氫氣放出572 kJ能量，則當(dāng)放出8.35 kJ能量時(shí)，消耗的H2的體積為×44.8 L0.654 L。 答案（1）負(fù)；正；2H24e-4OH- 2H2O；O2十2H2O4 e- 4OH-。 （2）2H2(g)O2(g)2H2O(aq)572 kJ 36 g 572 kJ 350 g x x5560

6、 kJ ×10064.7（能量轉(zhuǎn)化率） （3）0.654 L。3已知反應(yīng)十2I- 2H+十I2H2O是可逆反應(yīng)，現(xiàn)設(shè)計(jì)圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行下述操作： 向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸，發(fā)現(xiàn)微安表指針偏轉(zhuǎn)； 若改向B燒杯中滴加40的NaOH溶液，發(fā)現(xiàn)微安表指針向前述相反方向偏轉(zhuǎn)。圖6試回答下列問題： （1）兩次操作過程中指針為什么會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？答： (2) 兩次操作過程中指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)槭裁聪喾?？試用化學(xué)平衡原理解釋之。答： （3） 操作過程中C1棒發(fā)生的電極反應(yīng)式為 (4) 操作過程中C2棒發(fā)生的電極反應(yīng)式為 解析：本題中所畫裝置顯然是原電池（因?yàn)闊o外電源），與通常的電池（燒杯型）不同的是用

7、“鹽橋”將兩個(gè)極區(qū)連接為閉合的回路，且反應(yīng)是可逆的，增大H+ 濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，減少H+ 濃度（加入濃堿溶液）平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。前者是I-失電子變?yōu)?2，后者是失電子變?yōu)椤?答案：（1）原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 （2）由于c(H+)的改變，使化學(xué)平衡向不同方向移動(dòng)，因而發(fā)生不同方向的反應(yīng)，產(chǎn)生不同方向的電流。 （3）2I-一2e-I2。 （4）H2O一2e-2H+。 4由于Fe(OH)2極易被氧化，所以實(shí)驗(yàn)室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿溶液反應(yīng)制得純凈的Fe(OH)2沉淀。若用圖4所示實(shí)驗(yàn)方法則可制得純凈的Fe(OH)2沉淀，已知兩極材料分別是石墨和鐵。圖4 （1）a電極材料為 ，其

8、電極反應(yīng)式為 （2）在純水、NaCl溶液：NaOH溶液與CuC12溶液中選擇電解液d，可以是 ，此時(shí)白色沉淀在電極上生成；也可以是 ，此時(shí)白色沉淀在兩極之間的溶液中生成。 （3）液體c為苯，其作用是 ，在加入苯之前，對(duì)溶液進(jìn)行加熱處理的目的是 （4) 為了在較短時(shí)間內(nèi)看到白色沉淀，在 改用稀硫酸作電解液、 適當(dāng)增大兩極間電壓、 適當(dāng)縮小兩極板間距離、 適當(dāng)降低電解液的溫度這四項(xiàng)措施中，可以采取的合理措施有 （填序號(hào)）。 （5）若d改為硫酸鈉溶液，當(dāng)電解一段時(shí)間看到白色沉淀后，再反接電源繼續(xù)電解，除了在電極上看到氣泡外，另一明顯現(xiàn)象是 解析：a極連接電源的正極，應(yīng)為陽極，在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。為獲

9、得Fe2+，應(yīng)用鐵作陽極，在此極上鐵原子失去電子變?yōu)镕e2+。若用NaOH溶液作電解液，則Fe2+立即與OH- 結(jié)合，在陽極上生成白色沉淀；若用NaCl溶液作電解液，則在陰極是H+ 得至電子產(chǎn)生H2，由于H+ 的濃度減少，OH- 的濃度相對(duì)增多，OH-離子向陽極移動(dòng)，與在陽極生成而向陰極移動(dòng)的Fe2+結(jié)合為白色沉淀。 由于Fe(OH)2極易被空氣中的O2所氧化，為防止此反應(yīng)發(fā)生，在電解液上面覆蓋一層苯（汽油也可）以隔絕空氣。在加苯前，將溶液煮沸，驅(qū)趕溶解在水中的O2。電解的速率與電壓成正比，與兩極間距離成反比；若加稀硫酸則沉淀溶解，若降低溫度則離子遷移速率減慢，均不利于沉淀生成，將電解液改為硫酸鈉溶液，在生成白色沉淀后，若反接電源，則陽極是石墨，為惰