問題詳情:
一氧化氮-空氣質子交換膜燃料電池將化學能轉化爲電能,實現了制**、發電環保三位一體的結合。如圖所示,某同學設計用該電池探究將霧霾中的SO2、NO轉化爲(NH4)2SO4的原理和粗銅的精煉原理。
(1)燃料電池放電過程中負極的電極反應式____。
(2)乙裝置中物質A是____(填化學式),理由是___;電解過程中陽極附近pH___(填“增大”“減小”或“不變”),*極的電極反應式是____。
(3)如果粗銅中含有鋅、銀等雜質,*裝置中反應一段時間,CuSO4溶液的濃度將__(填“增大”、“減小”或“不變”)。
(4)若在標準狀況下,*裝置有22.4 L O2參加反應,則乙裝置中轉化SO2和NO的物質的量共有____mol;*裝置中*極析出銅的質量爲___g。
【回答】
NO-3e-+2H2O=+4H+ H2SO4 根據反應5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4,產物中除有(NH4)2SO4外還有H2SO4或陽極的電極反應爲SO2-2e-+2H2O=+4H+,故A爲H2SO4 減小 NO+5e-+6H+=+H2O 減小 2.8 128
【分析】
根據題中圖示,判斷原電池*的正負極,寫出燃料電池電極反應;根據題中圖示,判斷電解池乙的*陽極,寫出*陽極電極反應,據此分析解答;根據粗銅精煉原理,判斷Cu2+減少;根據轉移電子守恆,計算相應的物質的量及質量。
【詳解】
(1)由題中圖示可知,左端NO中N元素化合價由+2價失電子變成+5價,發生氧化反應,由原電池的工作原理圖示可知,左端的鉑電極爲原電池負極,其電極反應:NO-3e-+2H2O=+4H+;*爲NO-3e-+2H2O=+4H+。
(2)由題中圖示可知,通SO2的石墨電極與電源正極相連,爲陽極,失電子發生氧化反應,其電極反應爲SO2-2e-+2H2O=+4H+,通NO的石墨電極爲*極,得電子發生還原反應,其電極反應爲NO+5e-+6H+=+H2O,總反應方程式爲5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4,產物中除有(NH4)2SO4外還有H2SO4或陽極的電極反應爲SO2-2e-+2H2O=+4H+,A爲H2SO4,由陽極的電極反應爲SO2-2e-+2H2O=+4H+,可知電解過程中陽極附近pH減小,*極的電極反應式是NO+5e-+6H+=+H2O;*爲H2SO4,由總反應方程式爲5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4可知,產物中除有(NH4)2SO4外還有H2SO4或陽極的電極反應爲SO2-2e-+2H2O=+4H+,A爲H2SO4,減小,NO+5e-+6H+=+H2O。
(3)*裝置中,粗銅作陽極,粗銅中含有鋅、銀等雜質,陽極上金屬失電子發生氧化反應,*極上銅離子得電子生成銅,根據轉移電子守恆,陽極上Zn比Cu活潑,Zn會失電子變成Zn2+,陽極上銅消耗的質量小於*極上析出銅的質量,所以溶液中硫*銅濃度減小;*爲減小。
(4)在標準狀況下,*裝置有22.4 L O2參加反應,即1molO2參加反應,轉移4mol電子,由轉移電子守恆得,陽極SO2-2e-+2H2O=+4H+,轉移4mol電子,參加反應SO2爲2mol,*極NO+5e-+6H+=NH4++H2O,轉移4mol電子,參加反應NO爲0.8mol,乙裝置中轉化SO2和NO的物質的量共有2mol+0.8mol=2.8mol,*裝置中*極電極反應爲Cu2++2e-=Cu,轉移4mol電子,析出2molCu,析出銅的質量爲2mol×64g/mol=128g;*爲2.8,128。
【點睛】
本題關鍵是要準確判斷裝置*原電池的正負極,根據題中圖示,左邊Pt電極通入NO轉化爲HNO3,N元素的化合價升高,失電子,發生氧化反應,作負極,右邊Pt電極通入O2,得電子,發生還原反應,作正極。
知識點:電解原理
題型:填空題