Question

【題目】(1)高鐵酸鉀不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。總反應(yīng)式為，如圖是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置：

①該電池鹽橋中盛有飽和溶液，此鹽橋中氯離子向______(填“左”或“右”)移動(dòng)。

②該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為______；充電時(shí)每轉(zhuǎn)移0.3mol電子，有______mol生成，正極附近溶液的堿性______(填“增強(qiáng)”，“不變”或“減弱”)。

③上圖為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有_________________。

(2)“”電池可將變廢為寶。我國(guó)科研人員研制出的可充電“”電池，以鈉箔和多壁碳納米管(MWCNT)為電極材料，總反應(yīng)為。放電時(shí)該電池“吸入”，其工作原理如圖所示：

①充電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為________________________________。

②放電時(shí)，若生成的和全部沉積在電極表面，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol時(shí)，兩極的質(zhì)量差為______。

Answer 1

【答案】右 FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH- 0.1 減弱 使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定 15.8g

【解析】

(1) ①鹽橋可起到平衡電荷，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)；

②該電池放電時(shí)正極高鐵酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)；根據(jù)高鐵酸鉀和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；充電時(shí)正極反應(yīng)和放電時(shí)相反，消耗氫氧根離子；

③根據(jù)圖中的放電時(shí)間、電壓穩(wěn)定性分析高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)。

（2）①充電時(shí)該電池“放出”CO 2，正極變?yōu)殡娊獬氐年?yáng)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極方程式；

②由放電時(shí)總反應(yīng)4Na+3CO2=2Na2CO3+C可知，放電時(shí)負(fù)極消耗鈉，質(zhì)量減小，正極生成碳酸鈉和碳質(zhì)量增加，根據(jù)電極反應(yīng)計(jì)算質(zhì)量變化值。

(1)①鹽橋中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，鹽橋起的作用是使兩個(gè)半電池連成一個(gè)通路，使兩溶液保持電中性，起到平衡電荷，構(gòu)成閉合回路，故放電時(shí)鹽橋中氯離子向右移動(dòng)，

故答案為：右；

②放電時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-═Zn（OH）2，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，由電池的總反應(yīng)方程式-負(fù)極反應(yīng)式=正極反應(yīng)式可知，正極反應(yīng)式為FeO42-+3e-+4H2O═Fe（OH）3+5OH-；充電時(shí)，理論上分析，每生成1molK2FeO4轉(zhuǎn)移3mol電子，所以每轉(zhuǎn)移0.3mol電子，有0.1mol生成；充電時(shí)，正極接電源正極，作陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)式知，正極附近有氫氧根離子被消耗，所以正極附近溶液堿性減弱，

故答案為：FeO42-+3e-+4H2O═Fe（OH）3+5OH-；0.1；減弱；

③由圖可知高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有：使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定。

故答案為：使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定；

（2）①充電時(shí)該電池“放出” CO2，正極變?yōu)殡娊獬氐年?yáng)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極方程式為2Na2CO3+C-4e=3CO2↑+4Na+ ，

故答案為：2Na2CO3+C-4e=3CO2↑+4Na+

②由放電時(shí)總反應(yīng)4Na+3CO2=2Na2CO3+C可知，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.2mol時(shí)，負(fù)極消耗0.2molNa，質(zhì)量減少0.2mol×23g/mol=4.6g；同時(shí)正極產(chǎn)生0.1mol Na2CO3和0.05molC，質(zhì)量增加(0.1mol×106g/mol+0.05mol×12g/mol)=11.2g，兩極的質(zhì)量差為11.2g+4.6g=15.8g。

故答案為：15.8g。