Question

某反应中反应物与生成物有FeCl₂、FeCl₃、CuCl₂、Cu

（1）将上述反应设计成的原电池如图甲所示，请回答下列问题：

①图中X溶液是______________________；

②Cu电极上发生的电极反应式为_________________；

③原电池工作时，盐桥中的_______________离子（填“K⁺”或“Cl^-”）不断进入X溶液中。

（2）将上述反应设计成的电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙，请回答下列问题：

①M是___________极；

②图丙中的②线是_______________离子的变化。

③当电子转移为2mol时，向乙烧杯中加入_________L 5mol·L^-1NaOH溶液才能使所有的金属阳离子沉淀完全。

（3）利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示．该电池中O^2-可以在固体介质NASICON（固溶体）内自由移动，工作时O^2-的移动方向_____________（填“从a到b”或“从b到a”），负极发生的电极反应式为____________________。

  

（4）有人设想以N₂和H₂为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示．电池正极的电极反应式是_________________________，A是___________________。

Answer

FeCl3、 FeCl2 Cu-2e-=Cu2+ K+ 负 Fe2+ 2.8 从b到a CO-2e-+O2-=CO2 N2+6e-+8H+=2NH4+ NH4Cl

【解析】试题分析：（1）①氯化铁具有强氧化性，铜能被氯化铁氧化，反应为反应为2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl2；②Cu与氯化铁反应，铜失电子发生氧化反应而作负极；③石墨作正极，则盐桥中阳离子向正极移动；（2）根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据X的成分可知X中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu2+生成，因此Cu做阳极，石墨做阴极，根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化确定曲线对应的离子，结合转移电子的物质的量计算；（3）一氧化碳空气形成燃料电池，一氧化碳和氧气反应生成二氧化碳，通入CO的一极是负极，通入氧气的一极是正极；原电池放电时阴离子向负极移动；（4）电池中氢气失电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵。

解析：（1）①氯化铁具有强氧化性，铜能被氯化铁氧化，所以反应为2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl2，则FeCl3溶液为电解质溶液；②Cu作负极，失电子发生氧化反应，电极反应为Cu-2e-=Cu2+；③石墨作正极，放电时，阳离子移向正极，所以盐桥中的阳离子K+移向X溶液中；（2）①根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据X的成分可知X中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu2+生成，因此Cu做阳极，石墨做阴极，所以M是负极； ②根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知①为Fe3+，②为Fe2+，③为Cu2+，当电子转移为2mol时，溶液中有Fe3+ 2mol，Fe2+ 3mol，Cu2+为1mol，所以需要加入NaOH溶液14mol，所以NaOH溶液等体积为 2.8L；（3）依据图可知：一氧化碳空气形成燃料电池，一氧化碳失电子和氧离子反应生成二氧化碳发生氧化反应，电极反应式CO-2e-+O2-=CO2，所以一氧化碳所在极为负极，通入空气的一极为正极，原电池放电时阴离子向负极移动，所以工作时O2-的移动方向从b到a；（4）电池中氢气失电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2+8H++6e-=2NH4+，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为NH4Cl溶液。