Question

（1）一种新型的熔融盐燃料电池具有高发电效率而备受重视。现用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物做电解质，一极通入CO气体，另一极通入空气和CO₂的混合气体，制得燃料电池。该电池工作时的负极反应式为_____________； 熔融盐中CO₃^2-的物质的量在工作时__ （填“增大”、“减少”、“不变”）。

（2）如下图所示，A为电源，B为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO₄溶液，C、D为电解槽，其电极材料及电解质溶液见图。关闭K₁，打开K₂，通电后，B的KMnO₄紫红色液滴向c端移动，则电源a端为_____极，通电一段时间后，观察到滤纸d 端出现的现象是：___________；

己知C装置中溶液为Cu(NO₃)₂和X(NO₃)₂，且均为0.1mol, D装置中的溶液为CuSO₄溶液，打开K₁，关闭K₂，通电一段时间后，C装置阴极析出固体质量m(g)与通过电子的物质的量n(mol)关系如右图所示。则Cu²⁺、X³⁺氧化能力由大到小的顺序是__ ；D装置C 极的电极反应式为____________。

（3）最近，又有科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸汽。其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃（Y:钇）的ZrO₂（Zr：锆）固体，它在高温下能传导O^2—离子（其中氧化反应发生完全）。以丁烷（C₄H₁₀）代表汽油，①电池的正极反应式为________；②放电时固体电解质里的O^2-离子的移动方向是向_______极移动（填正或负）。

（4）某同学利用反应Cu+2H⁺=Cu²⁺+H₂↑设计实验来制取氯化铜溶液。该同学设计的装置应该为______。（填“原电池”或“电解池”）。

Answer

CO+CO32--2e-=2CO2 不变 正 变红 Cu2+>X3+ Cu-2e-=Cu2+ O2+4e-=2O2- 负 电解池

【解析】（1）该电池工作时的负极通入CO，CO失去电子转化为CO2，由于是熔融的碳酸盐，则负极反应式为CO+CO32--2e-=2CO2，电池的总反应式为2CO+O2=2CO2，则熔融盐中CO32-的物质的量在工作时不变。（2）据题意B中的KMnO4紫红色液滴向c端移动，说明高锰酸根离子向c端移动，可推出电极c端为阳极，则与之相连的电源a端为正极，b端为负极，所以通电滤纸d端为阴极，氢离子放电，溶液碱性增强，所以通电一段时间后，观察到滤纸d 端出现的现象是变红色；根据电解C的图象可知，通电后就有固体生成，当通过电子为0.2mol时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜。如果是X3+析出，电子数应该是0.3mol，则氧化能力为Cu2+＞X3+；D装置中溶液是硫酸铜溶液，电极C端与b负极相连即为阴极，铜离子放电，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+。（3）①电池的正极是氧气得到电子转化为O2－，反应式为O2+4e-=2O2-；②原电池中阴离子向负极移动，则放电时固体电解质里的O2-离子的移动方向是向负极移动。（4）铜与酸不能反应生成氢气，因此要利用反应Cu+2H+=Cu2++H2↑来制取氯化铜溶液，需要通过电解法，因此该同学设计的装置应该为电解池。

点睛：本题综合考查电解原理以及根据图象获取信息、运用知识综合分析能力。（2）是解答的难点，注意根据KMnO4紫红色液滴向c端移动判断电源的正负极为解答该题的关键，注意离子的放电顺序和电极方程式的判断，为易错点。