Question

6．（1）有一種新型的高能電池-鈉硫電池（熔融的鈉、硫?yàn)閮蓸O，以Na⁺導(dǎo)電的β-Al₂O₃陶瓷作固體電解質(zhì)），反應(yīng)式為：2Na+xS$?_{充電}^{放電}$ Na₂S_x．

①充電時(shí)，鈉極與外電源負(fù)極相連．其陽(yáng)極反應(yīng)式為：Na₂S_x-2e^-=xS+2Na⁺或S_x^2--2e^-=xS．
②放電時(shí)，發(fā)生還原反應(yīng)的是S或正極．用該電池作電源電解（如圖1）分別含有 0.2mol NaCl和CuSO₄的混合溶液500ml時(shí)，若此電池工作一段時(shí)間后消耗23g Na （電能的損耗忽略不計(jì)）．電解后溶液加水稀釋至2L，則溶液的pH為1．
（2）若將鈉硫電池改為如圖2所示的碳酸鹽燃料電池，它以CO為燃料，一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物為電解質(zhì)．寫(xiě)出燃料電池的A電極反應(yīng)式CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)電池反應(yīng)式知，充電時(shí)，鈉離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以鈉作陰極，應(yīng)該連接電源負(fù)極；陰極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②放電時(shí)，S得電子發(fā)生還原反應(yīng)作正極；鈉消耗23g時(shí)，其物質(zhì)的量為1mol，每個(gè)鈉原子失去一個(gè)電子，所以失電子物質(zhì)的量為1mol，電解池中陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得0.2mol氯離子放電，同時(shí)有0.8mol氫氧根離子放電；陰極上有0.2mol銅離子放電生成Cu，銅離子得電子物質(zhì)的量是0.4mol，則還有0.6mol氫離子放電，實(shí)際上相當(dāng)于有0.6mol水發(fā)生電解，則陽(yáng)極上有0.2mol氫氧根離子放電，陽(yáng)極附近有0.2mol氫離子生成；
（2）燃料電池中，燃料作負(fù)極、氧化劑作正極，該燃料電池中A是負(fù)極、B是正極，負(fù)極上CO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）①根據(jù)電池反應(yīng)式知，充電時(shí)，鈉離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以鈉作陰極，應(yīng)該連接電源負(fù)極；陰極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Na₂S_x-2e^-=xS+2Na⁺ 或S_x^2--2e^-=xS，
故答案為：負(fù)；Na₂S_x-2e^-=xS+2Na⁺ 或S_x^2--2e^-=xS；
 ②放電時(shí)，S得電子發(fā)生還原反應(yīng)作正極；鈉消耗23g時(shí)，其物質(zhì)的量為1mol，每個(gè)鈉原子失去一個(gè)電子，所以失電子物質(zhì)的量為1mol，電解池中陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒得0.2mol氯離子放電，同時(shí)有0.8mol氫氧根離子放電；陰極上有0.2mol銅離子放電生成Cu，銅離子得電子物質(zhì)的量是0.4mol，則還有0.6mol氫離子放電，實(shí)際上相當(dāng)于有0.6mol水發(fā)生電解，則陽(yáng)極上有0.2mol氫氧根離子放電，陽(yáng)極附近有0.2mol氫離子生成，氫離子濃度=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，溶液的pH=1，
故答案為：硫或正；pH=1；
（2）燃料電池中，燃料作負(fù)極、氧化劑作正極，該燃料電池中A是負(fù)極、B是正極，負(fù)極上CO失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂，故答案為：CO-2e^-+CO₃^2-=2CO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)電源新型電池，為高頻考點(diǎn)，明確各個(gè)電極發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，注意（2）中各個(gè)電極上離子放電順序，題目難度不大．