Question

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，可用于航空航天。如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导正极生成的O^2-(O₂＋4e^-=2O^2-)。

（1）c电极的名称为___，d电极上的电极反应式为___。

（2）如图2所示用石墨电极电解100mL0.5mol·L^-1CuSO₄溶液，a电极上的电极反应式为___。

（3）若a电极产生56mL(标准状况)气体，则所得溶液中的c(H^＋)=___(不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入___(填字母)。

a.CuO     b.Cu(OH)₂      c.CuCO₃     d.Cu₂(OH)₂CO₃

Answer

正极 CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O 4OH--4e-=2H2O＋O2↑(2H2O-4e-= O2↑+4H+) 0.1mol·L-1 ac

【解析】

图1是原电池，依据电流流向是从正极经外电路流向负极可知，c为正极，d为负极；

图2有外接电源，为电解池装置，a与电源正极相连，为阳极，b为阴极，据此分析回答。

(1)由分析可知，图1中c为正极，d为负极，燃料电池中，燃料在负极失电子，被氧化，结合电解质、电荷守恒、原子守恒可得：负极电极反应为：CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O，故答案为：正极；CH4＋4O2--8e-=CO2＋2H2O；
由上面分析可知，图2中：a电极为电解池中的阳极，因为是惰性电极，所以溶液中水电离的氢氧根离子在阳极失电子，被氧化，发生的电极反应为4OH--4e-=2H2O＋O2↑(2H2O-4e-= O2↑+4H+)，故答案为：4OH--4e-=2H2O＋O2↑(2H2O-4e-= O2↑+4H+)；

(3) 由4OH--4e-=2H2O＋O2↑可知，当产生1mol氧气时，消耗4molOH-，同时产生4molH+，本题中：a电极产生标准状况氧气，物质的量为，消耗氢氧根离子物质的量为0.0025mol×4=0.01mol，故溶液中生成氢离子物质的量为，则c（H+）0.1mol·L-1。阴极，也就是b极，发生的反应为：Cu2++2e-=Cu，所以电解总反应为：，由总反应可知：电解溶液的过程中，每损失2个Cu原子，就损失2个 O原子，相当于损失一个CuO，为了使溶液，恢复原浓度，应加入：

a．损失CuO，加入一定的CuO可以恢复原状，a正确；

b．Cu(OH)2加进去比CuO多了1个H2O，b错误；

c．CuCO3看似多了CO2，但实际上加入后CuCO3和电解产生的硫酸反应生成CO2逸到空气中去了，相当于CuO，c正确；

d．和b同理，多了H2O，d错误；

综上所述：ac正确。

故答案为：1mol·L-1；ac。