Question

2017年12月，我省多地对除电能汽车外的其他小型车辆实行限行，这将大力推动电能汽车时代的开启。请回答下列有关电化学问题。

(1)下图原电池装置中，正极反应式为__________。若在工作过程中右侧电极质量增加3.2g，左侧电极质量减少2.4g，则该电池工作时化学能转化为电能的百分比为__________。

(2)若将上述电池改进成如下图的装置，可以大大提高电能的转化率，其理由是__________。若起始两侧溶液的体积均为100mL，(放电过程中的体积变化忽略不计)，当左侧消耗2.8gFe时，左侧溶液中__________。

(3)工业上采用电解NO的方法制备，其工作原理如下图。两极均为Pt电极，为使电解产物全部转化为，需补充。

①阴极上的电极反应式为__________。

②若两极上共有22.4L(标准状况发生反应，则生成的质量为_______g。

Answer

避免了负极和电解质溶液直接反应，电子必须通过导线传递到正极才能发生反应，从而提高了电能的转化率   50g

【解析】

当负极铁直接与硫酸铜溶液接触时，化学能除了转化为电能以外，还有部分反应直接发生在负极表面，没有实现电能转化，而是转化为热能，结合电极反应，并利用差量法进行计算；

阴离子交换膜只允许阴离子通过，可以避免铁电极和铜离子直接接触；根据电极反应式分别计算两侧溶液中阳离子Fe2+、Cu2+的变化，溶液呈电中性，利用平恒电荷的原则，判断硫酸根移动的物质的量，进而计算左侧硫酸根的浓度；

根据工作原理图，判断阴阳极、写出电极反应式，进而写出总反应式，进行计算。

铁作负极，电极反应式为：，铜作正极，电极反应式为：，

右侧电极质量增加3.2g，即右侧正极生成0.05mol铜，说明电子转移形成了电流，为实现电能转化的部分，同时左侧负极会消耗0.05mol铁，即铁，但是左侧电极质量仅减少，这说明置换反应Fe+Cu2+=Fe2++Cu部分直接发生在负极表面，没有实现电能转化，并导致负极增重，根据差量法计算，，直接发生在负极表面的置换反应，消耗铁，生成铜，则化学能转化成电能的百分比为，故答案为：；

阴离子交换膜只允许阴离子通过，可以避免铁电极和铜离子直接接触，避免了在负极表面上直接置换，提高电能的转化率；负极反应式为：，正极反应式为：，当甲池消耗2.8g铁，即铁，会有0.05molFe2+进入溶液，同时乙池溶液中会有0.05molCu2+得电子生成铜单质析出，则会有硫酸根从乙池进入甲池，平恒电荷，则 ，故答案为：避免了负极和电解质溶液直接反应，电子必须通过导线传递到正极才能发生反应，从而提高了电能的转化率合理答案即可得分；；

根据工作原理图，左侧为阴极，NO得电子转化为，阴极反应式：；右侧为阳极，NO失电子转化为，阳极反应式为：，则总反应式为，根据反应方程式中的比例关系可知，若两极共消耗1molNO，则直接生成电解产物，生成，再与通入的氨气反应生成，则最后生成，质量为；故答案为：； 50g。