Question

(1)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可表示为：Cd+2NiO(OH)+2H₂O2Ni(OH)₂+Cd(OH)₂，已知Ni(OH)₂和Cd(OH)₂均难于溶水但能溶于酸。则正极的反应式是___________，负极的反应式是___________。放电时负极附近的溶液的碱性________(填“不变”、“变大”或“变小”)。

(2)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图所示：

电池工作时，外电路上电流的方向应从电极________(填A或B)流向用电器。内电路中，CO₃^2-向电极___________(填A或B)移动，电极A上CO参与的电极反应为___________。

(3)将两铂片插入KOH溶液中作为电极，在两极区分别通入甲醇(CH₃OH)和氧气构成燃料电池，则通入甲醇的电极是原电池的____极，该极的电极反应式是____________，通入氧气的电极是原电池的____极，电极反应式是___________________。如果消耗甲醇160 g，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为_______________(用N_A表示)。

Answer

2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH- Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 变小 B A CO-2e-+CO32-=2CO2 负极 CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 正极 O2+4e-+2H2O=4OH- 30NA

【解析】

(1)放电过程为原电池反应，根据总反应化学方程式分析，Cd作原电池负极，失电子，在碱性溶液中生成Cd(OH)2；NiO(OH)在碱溶液中得到电子发生还原反应生成Ni(OH)2，根据氢氧根离子浓度变化判断溶液酸碱性的变化；

(2)分析熔融碳酸盐燃料电池原理示意图，通入氧气的一端为原电池正极，通入一氧化碳和氢气的一端为负极，电流从正极流向负极，溶液中阴离子移向负极，A电极上一氧化碳失电子发生氧化反应生成二氧化碳；

(3)甲醇、氧气和氢氧化钾溶液构成燃料电池，甲烷易失电子发生氧化反应，则甲烷所在电极为负极，氧气所在电极为正极，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，在得失电子相等的条件下，将电极反应式相加即得电池反应式，结合电极反应和电子守恒计算。

(1)放电过程为原电池反应，根据总反应化学方程式Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2可知：NiO(OH)在碱溶液中得到电子发生还原反应生成Ni(OH)2，所以正极电极反应为：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-；Cd作原电池负极，失电子在碱性溶液中生成Cd(OH)2，负极电极反应为：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，由于放电时负极不断消耗OH-，因此附近溶液在c(OH-)逐渐降低，溶液的碱性逐渐变小；

(2)分析熔融碳酸盐燃料电池原理示意图，通入O2的一端为原电池正极，通入CO和H2的一端为负极，电流从正极流向负极，电池工作时，外电路上电流的方向应从电极B流向用电器，内电路中，CO32-向负极A电极移动，电极A上CO参与的电极反应，CO失电子发生氧化反应生成CO2，该电极反应为：CO-2e-+CO32-=2CO2；

(3)CH3OH、O2和KOH溶液构成燃料电池，CH3OH易失电子发生氧化反应，通入CH3OH的电极为负极，CH3OH失去电子被氧化，与溶液中的OH-结合形成H2O，负极上电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；通入O2的电极为正极，O2得到电子，与溶液中的H2O结合形成OH-，正极上电极反应式为为O2+4e-+2H2O=4OH-。160 g甲醇的物质的量是n(CH3OH)==5 mol，根据负极反应式可知：每1 mol甲醇发生反应，转移电子的物质的量是6 mol，则反应的甲醇物质的量是5 mol，则转移电子数目为N(e-)=5 mol×6NA/mol=30NA。