Question

碳酸盐燃料电池，以一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H₂的体积比为3：1)直接作燃料，其工作原理如图所示，并以此电源用于工业生产。

（1）H₂(g)、CO(g)的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1，18g液态水变为水蒸气时吸热44.0kJ，则电池总反应3CO(g)+H₂(g)+2O₂(g)=3CO₂(g)+H₂O(g)的△H=___kJ•mol^-1，B电极上发生反应的电极反应式为___。

（2）若以此电源生产新型硝化剂N₂O₅，装置如图所示。已知两室加入的试剂分别是a.硝酸溶液；b.N₂O₄+无水硝酸，则左室加入的试剂应为___（填“a”或“b”)，其电极反应式为___。

（3）若以此电源用惰性电极电解足量的硝酸银溶液，阴极产物的质量为5.4g，则阳极产生的气体在标准状况下的体积为___L。电解后溶液体积为500mL，溶液的pH约为___。

Answer

-1090.8 2CO2+O2+4e-=2CO32- b N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+ 0.28 1

【解析】

(1)结合已知条件书写热化学方程式，根据盖斯定律计算；该装置为燃料电池，通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则A为负极，B为正极，B电极上氧气和二氧化碳得电子，发生还原反应；

(2)先根据化合价判断生成N2O5的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式；

(3)依据消耗的氧气的量计算转移电子数，依据转移电子守恒，计算生成银的质量，根据消耗氢氧根计算氢离子浓度，从而计算pH。

(1)已知：H2(g)、CO(g)的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol-1、-283.0kJ•mol-1，18g液态水为1mol，变为水蒸气时吸热44.0kJ，则热化学方程式分别为：

①H2(g)+O2(g)=H2O(1) △H=-285.8 kJ/mol

②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283kJ/mol

③H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJ/mol

根据盖斯定律，②×3+①+③可得：3CO(g)+H2(g)+2O2(g)=3CO2(g)+H2O(g)△H=-1090.8kJ•mol-1；该装置为燃料电池，通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则A为负极，B为正极，B电极上氧气和二氧化碳得电子，发生还原反应，电极反应式为2CO2+O2+4e-=2CO32-；

(2)N2O5中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价，若只有硝酸作电解液的电极室生成N2O5未发生氧化还原反应，由于N2O4中N为+4价，则含有N2O4的电极室电解后产生N2O5，氮元素的化合价由+4价变为+5价，发生氧化反应，该电极室作阳极，应与电源正极相连，根据(1)中分析，A为负极，因此应该在左侧生成N2O5，则左侧室应加入试剂b；其电极反应式为N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+；

(3)电解足量的硝酸银溶液，阳极为氢氧根失电子生成氧气，阴极上发生反应：Ag++e−=Ag，产物的质量为5.4g，即=0.05mol，转移电子是0.05mol，在阳极上：4OH−−4e−=2H2O+O2↑，产生氧气的物质的量是0.0125mol，标况下的体积是0.0125mol×22.4L/mol= 0.28L，则消耗氢氧根的物质的量为0.05mol，则溶液中氢离子为0.05mol，浓度为=0.1mol/L，所以溶液的pH为1。