Question

一氧化氮－空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能，实现了制硝酸、发电环保三位一体的结合。如图所示，某同学设计用该电池探究将雾霾中的SO₂、NO转化为(NH₄)₂SO₄的原理和粗铜的精炼原理。

(1)燃料电池放电过程中负极的电极反应式____。

(2)乙装置中物质A是____(填化学式)，理由是___；电解过程中阳极附近pH___(填“增大”“减小”或“不变”)，阴极的电极反应式是____。

(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，CuSO₄溶液的浓度将__(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)若在标准状况下，甲装置有22.4 L O₂参加反应，则乙装置中转化SO₂和NO的物质的量共有____mol；丙装置中阴极析出铜的质量为___g。

Answer

NO-3e-+2H2O=+4H+ H2SO4 根据反应5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4，产物中除有(NH4)2SO4外还有H2SO4或阳极的电极反应为SO2-2e-+2H2O=+4H+，故A为H2SO4 减小 NO+5e-+6H+=+H2O 减小 2.8 128

【解析】

根据题中图示，判断原电池甲的正负极，写出燃料电池电极反应；根据题中图示，判断电解池乙的阴阳极，写出阴阳极电极反应，据此分析解答；根据粗铜精炼原理，判断Cu2+减少；根据转移电子守恒，计算相应的物质的量及质量。

（1）由题中图示可知，左端NO中N元素化合价由+2价失电子变成+5价，发生氧化反应，由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为原电池负极，其电极反应：NO-3e-+2H2O=+4H+；答案为NO-3e-+2H2O=+4H+。

（2）由题中图示可知，通SO2的石墨电极与电源正极相连，为阳极，失电子发生氧化反应，其电极反应为SO2-2e-+2H2O=+4H+，通NO的石墨电极为阴极，得电子发生还原反应，其电极反应为NO+5e-+6H+=+H2O，总反应方程式为5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4，产物中除有(NH4)2SO4外还有H2SO4或阳极的电极反应为SO2-2e-+2H2O=+4H+，A为H2SO4，由阳极的电极反应为SO2-2e-+2H2O=+4H+，可知电解过程中阳极附近pH减小，阴极的电极反应式是NO+5e-+6H+=+H2O；答案为H2SO4，由总反应方程式为5SO2+2NO+8H2O(NH4)2SO4+4H2SO4可知，产物中除有(NH4)2SO4外还有H2SO4或阳极的电极反应为SO2-2e-+2H2O=+4H+，A为H2SO4，减小，NO+5e-+6H+=+H2O。

（3）丙装置中，粗铜作阳极，粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上金属失电子发生氧化反应，阴极上铜离子得电子生成铜，根据转移电子守恒，阳极上Zn比Cu活泼，Zn会失电子变成Zn2+，阳极上铜消耗的质量小于阴极上析出铜的质量，所以溶液中硫酸铜浓度减小；答案为减小。

（4）在标准状况下，甲装置有22.4 L O2参加反应，即1molO2参加反应，转移4mol电子，由转移电子守恒得，阳极SO2-2e-+2H2O=+4H+，转移4mol电子，参加反应SO2为2mol，阴极NO+5e-+6H+=NH4++H2O，转移4mol电子，参加反应NO为0.8mol，乙装置中转化SO2和NO的物质的量共有2mol+0.8mol=2.8mol，丙装置中阴极电极反应为Cu2++2e-=Cu，转移4mol电子，析出2molCu，析出铜的质量为2mol×64g/mol=128g；答案为2.8，128。