Question

如图设计的串联电池装置，R为变阻器，以调节电路电流。

（1）写出b、c电极的电极反应式：b___，c___；

（2）写出f电极的电极反应式___，向此电极区域滴入酚酞的现象为：___；该电极区域水的电离平衡被___（填“促进”、“抑制”或“无影响”）。

（3）闭合K一段时间后，丙装置的电解质溶液pH___（填“变大”、“变小”或“不变”），原因是___。

（4）电解一段时间后丙装置析出芒硝（Na₂SO₄•10H₂O），若此时通入CH₄的体积为22.4L（标准状况下），则向丙装置中加入___gH₂O就可以将析出的沉淀溶解并恢复到原有浓度。

（5）有一硝酸盐晶体，其化学式为M（NO₃）_x•yH₂O，相对分子质量为242。取1.21g该晶体溶于水，配成100mL溶液，将此溶液用石墨作电极进行电解，当有0.0100mol电子发生转移时，溶液中金属全部析出。经称量阴极增重0.320g。则

①金属M的相对原子质量为___；

②电解后，生成气体体积=___（标准状况下）溶液的pH=___（电解过程中溶液体积变化忽略不计）。要求写出计算过程。

Answer

O2+4H++4e-=2H2O CH4+10OH-﹣8e-=CO32-+7H2O 2H++2e-=H2↑ 溶液变红 促进 不变 硫酸钠为强酸强碱盐，用惰性电极电解，实质是电解水，所以pH不变 72 64 0.056L 1

【解析】

(1)~(4)根据图示，甲乙装置为两个燃料电池串联，丙为电解硫酸钠的装置。甲乙装置中通入甲烷的电极为负极，即a、c为负极，通入氧气的为正极，即b、d为正极，则e为阳极，f为阴极，由此分析解答；

(5)依据题干信息可知A电极析出金属，所以A电极是电解池的阴极，B是电解池的阳极，与电极相连的电源C为负极，D为正极；依据电子守恒和电极反应计算得到；依据电解方程式根据M的物质的量求出氢离子的物质的量，然后求pH。

(1)根据上述分析，b为正极，发生还原反应，电解质为硫酸，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，c电极为负极，发生氧化反应，电解质为氢氧化钾，电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；

(2)f电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，电解反应发生后，电极附近溶液显碱性，向此电极区域滴入酚酞，溶液变红色；氢离子浓度减小，该电极区域水的电离平衡受到促进；

(3)丙装置为电解硫酸钠溶液，相当于电解水，电解后电解质溶液pH不变；

(4)CH4的体积为22.4L(标准状况下)，甲烷的物质的量为1mol，根据CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O可知，转移的电子为8mol，则丙装置中电解的水为4mol，质量为4mol×18g/mol=72g，因此需要加入72g水，可以将析出的沉淀溶解并恢复到原有浓度；

(5)有一硝酸盐晶体，其化学式表示为M(NO3)x•nH2O经测定其摩尔质量为242g•mol-1；取1.21g该晶体物质的量==0.005mol；溶于水配成100mL溶液，将此溶液倒入如图所示装置中，用石墨作电极进行电解，当有0.01mol电子通过电极时，溶液中的金属阳离子全部析出，在A极得到金属0.32g，A极为阴极；析出的金属电极反应为：Mx++xe-═M，则金属M的摩尔质量为=64g/mol，故金属M的相对原子质量为64；

②阳极连接电源的正极，溶液中氢氧根离子失电子生成氧气；阴极连接电源的负极，溶液中M离子得到电子生成金属M，阳极电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，转移电子0.01mol时，生成氧气的体积为×22.4L/mol=0.056L；金属M的相对原子质量为64，则金属为Cu，此时溶液中电解离子方程式为：2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，已知电解生成Cu的物质的量为0.005mol，则n(H+)=2n(Cu)=0.01mol，此时c(H+)==0.1mol/L，故电解后溶液pH=1。