Question

燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置。

I . 氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的化学工业， 是高能耗产业。将其电解装置与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上，相关物料的传输与转化关系如图所示， 其中的电极未标出， B 中所用的离子膜只允许Na⁺通过。

(1)A 装置中的隔膜为 ___________(填“阴”或“阳”)离子交换膜；若无该离子膜， 在通电条件下A 装置可用于制备一种消毒液，该反应的总化学方程式：__________    。

(2)图中Y 是___________(填化学式)； B中O₂所发生的电极反应方程式为_______    。

(3)比较图示中氢氧化钠质量分数： a %________    b% (填 “'> ”“<”或“=”)。

II.以燃料电池为电源， 利用铜基配合物1,10 -phenanthroline-Cu 催化剂电催化CO₂还原制备碳基燃料(包括 CO、烷烃和酸等，)是减少CO₂在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之，其原理如图所示。

①a电极为电源的___________(填“正极”或“负极”);

②阴极的电极反应式为 ________________， 每转移 l mol 电子，阴极室溶液质量增加 ___ g。

Answer

阳 NaCl+H2ONaClO+H2↑ H2 O2+4e-+2H2O=4OH- ＜ 正极 CO2+2H++2e-=HCOOH 23

【解析】

Ⅰ. A装置是电解池，B装置是原电池，电解氯化钠溶液的生成物是氯气、氢气和氢氧化钠，所以X是氯气，Y是氢气。在装置B中氢气在负极，失电子；氧气由正极通入得电子；

Ⅱ. 根据装置分析可知，酸性电解质溶液中，Pt为电解池的阳极，电极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+，因此a为燃料电池的正极，b为燃料电池的负极，阴极CO2得到电子生成HCOOH，电极反应式为CO2+2H++2e-=HCOOH，据此分析解答。

Ⅰ.(1)根据分析可知，A装置是电解池，电解氯化钠溶液的生成物是氯气、氢气和氢氧化钠，Na+经阳离子交换膜进入右侧，若无该离子膜，在通电条件下A装置可用于制备一种消毒液，即为NaClO，则该反应的总化学方程式NaCl+H2ONaClO+H2↑；

(2)由上述分析可知，Y为H2。在装置B中氢气在负极失去电子，B中O2在正极得到电子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；

(3)根据(2)可知，OH-浓度增大，Na+又通过离子膜移动到正极室，所以正极室中NaOH溶液的浓度增大，因此a%＜b%；

Ⅱ.①根据上述分析可知，a为电源的正极；

②阴极CO2得到电子生成HCOOH，电极反应式为CO2+2H++2e-=HCOOH，每转移1mol电子，则有0.5molCO2发生反应生成HCOOH，进入阴极室，并且有0.1molH＋经过离子交换膜进入阴极室，则阴极室增加的质量为0.5mol×44g·mol－1＋1mol×1g·mol－1=23g。