Question

在長(zhǎng)期載人的太空飛行宇航器中，每個(gè)宇航員平均每天需要消耗0.9kgO₂，呼出1.0kgCO₂，為保持飛船內(nèi)空氣的成分穩(wěn)定，科學(xué)家進(jìn)行了大量的科學(xué)探索，有的科學(xué)家根據(jù)電化原理設(shè)計(jì)了飛船內(nèi)空氣更新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：

（1）管道①的作用是將飛船座艙中含CO₂的空氣通入“電化學(xué)CO₂處理系統(tǒng)”的N極室，通過(guò)該電極反應(yīng)可以使CO₂不斷被吸收，則N極為

 

極（填“正”或“負(fù)”），其電極反應(yīng)為：

 

，其電極產(chǎn)物吸收CO₂的離子方程式為

 

，在N極吸收CO₂后形成的陰離子會(huì)通過(guò)隔膜進(jìn)入M極室，與M極上產(chǎn)生的產(chǎn)物反應(yīng)又生成CO₂．從電解質(zhì)溶液中釋放出來(lái)，并保持系統(tǒng)內(nèi)pH不變，該電極反應(yīng)式為

 

，CO₂逸出的離子方程式為

 

．
（2）管道②的作用是將處理后的空氣混入“電解水系統(tǒng)產(chǎn)生的新鮮氧氣”，然后通入飛船座艙內(nèi)供宇航員呼吸．在電解水系統(tǒng)中，Y為

 

極（填“陰”或“陽(yáng)”），X極的電極反應(yīng)式

 

．
（3）逸出的CO₂沒(méi)有排出飛船外，而是通過(guò)管道③進(jìn)入“CO₂還原系統(tǒng)”，在該系統(tǒng)內(nèi)，CO₂跟H₂在一定條件下反應(yīng)，其產(chǎn)物有甲烷等氣體，甲烷可作飛船的燃料．已知甲烷的熱值為56kJ/g，則甲烷在足量氧氣中燃燒生成CO₂和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）含CO₂的空氣通入“電化學(xué)CO₂處理系統(tǒng)”的N極室，N極上氧氣得電子為正極，M極上氫起失去電子，氫離子與碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水；
（2）由圖可知，Y極上氫離子得到電子生成氫氣，為陰極，X極上氫氧根離子失去電子生成氧氣；
（3）甲烷的熱值為56kJ/g，則燃燒熱為56kJ/mol×16g/mol=896kJ/mol，注明物質(zhì)的狀態(tài)書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式．

解答：解：（1）含CO₂的空氣通入“電化學(xué)CO₂處理系統(tǒng)”的N極室，N極上氧氣得電子為正極，電極反應(yīng)為2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，吸收CO₂的離子方程式為2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O，M極上氫起失去電子，該電極反應(yīng)為H₂+2e^-=2H⁺，氫離子與碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，所以CO₂逸出的離子方程式為2H⁺+CO₃^2-=CO₂+H₂O，
故答案為：正；2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；2OH^-+CO₂=CO₃^2-+H₂O；H₂+2e^-=2H⁺；2H⁺+CO₃^2-=CO₂+H₂O；
（2）由圖可知，Y極上氫離子得到電子生成氫氣，為陰極，而X極上氫氧根離子失去電子生成氧氣，電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑），
故答案為：陰；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑（或2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑）；
（3）甲烷的熱值為56kJ/g，則燃燒熱為△H=-56kJ/mol×16g/mol=-896kJ/mol，注明物質(zhì)的狀態(tài)可知熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol，故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-896kJ/mol．

點(diǎn)評(píng)：本題以信息形式考查原電池和熱化學(xué)反應(yīng)方程式，注意信息與所學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)，明確圖中生成物及得失電子是分析電極反應(yīng)的關(guān)鍵，題目難度中等．