Question

20．新能源開發(fā)中的燃料電池是低碳研究的重要領域．
（一）可燃性的有機物和氧氣在理論上都可以作為燃料電池中的反應物，現(xiàn)以C_xH_yO_z表示燃料電池中的有機反應物，O₂為正極反應物，40%的KOH溶液為電解質(zhì)溶液，請寫出燃料電池的正極反應式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．若C_xH_yO_z為二甲醚，電池總反應為：CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O，電池示意如圖，下列說法不正確的是CD．
A．a(chǎn)極為電池的負極
B．電池工作時電流由b極沿導線經(jīng)燈泡再到a極
C．溶液中的質(zhì)子通過交換膜由b極移向a極
D．電池工作時，1mol二甲醚被氧化時有6mol電子轉移
（二）1991年，我國首創(chuàng)以鋁-空氣-海水為能源的新型電池．該電池以取之不盡的海水為電解液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流，最后產(chǎn)物為氫氧化鋁，則該電池的總反應為：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．
為了得到純凈的鋁電極，某化學小組對某鋁合金（含有鎂、銅、硅）中鋁的含量進行了測定，設計如下檢驗：
（1）取樣品ag，稱取時使用的儀器名稱為托盤天平．
（2）將樣品溶于足量的稀鹽酸中，過濾，濾液中主要含有Mg²⁺、Al³⁺離子，濾渣中含有銅和硅，在溶解過濾時使用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯．
（3）在濾液中加入過量的氫氧化鈉溶液，過濾，向濾液中通入足量CO₂，將得到氫氧化鋁沉淀用蒸餾水洗滌數(shù)次后，烘干并灼燒至質(zhì)量不再減少為止，冷卻后稱量，質(zhì)量為bg．計算該樣品中鋁的質(zhì)量分數(shù)$\frac{9b}{17a}$×100%．

Answer 1

分析 （一）燃料電池中，負極是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，正極上是氧氣得電子的還原反應，據(jù)此書寫電極反應式；
A、燃料電池中，通入燃料的電極是負極；
B、電池工作時電流由正極沿導線到負極；
C、燃料電池中，陽離子從負極移向正極；
D．根據(jù)電池反應來確定電子轉移的數(shù)目．
（二）原電池中，較活潑金屬做負極，較不活潑金屬或非金屬做正極，鋁較活潑，易被氧化而失去電子，應做原電池的負極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應；
（1）稱量質(zhì)量用到的儀器是托盤天平；
（2）樣品中能與鹽酸反應的是鎂和；銅和硅與鹽酸不反應；根據(jù)溶解、過濾時用到的玻璃儀器來回答；
（3）氫氧化鋁沉淀烘干并灼燒至質(zhì)量不再減少為止，得到的質(zhì)量為bg的是氧化鋁，根據(jù)鋁元素守恒來計算合金中鋁的含量．

解答 解：（一）在燃料電池中，正極上是氧氣發(fā)生得電子的反應還原反應，O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負極是燃料CxHyOz發(fā)生失電子的氧化反應，正極加上負極反應即為總的燃料燃燒反應方程式；A、燃料電池中，通入燃料二甲醚的電極a是負極，故A正確；
B、電池工作時電流由正極b沿導線到負極a，故B正確；
C、燃料電池中，陽離子從負極移向正極，溶液中的質(zhì)子通過交換膜由a極移向b極，故C錯誤；
D．根據(jù)電池反應CH₃OCH₃+3O₂=2CO₂+3H₂O可知道電子轉移的數(shù)目是12，故D錯誤．
故選CD；故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；CD；
（二）鋁是活潑金屬，易被氧化而失去電子，應做原電池的負極，電極反應式為Al-3e^-=Al³⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，該電池的總反應為正極和負極反應之和，即：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃，故答案為：4Al+3O₂+6H₂O=4Al（OH）₃．
（1）稱量質(zhì)量用到的儀器是托盤天平，故答案為：托盤天平；
（2）樣品中能與鹽酸反應的是鎂和，銅和硅與鹽酸不反應，將樣品溶于足量的稀鹽酸中，過濾，濾液中主要含有Mg²⁺、Al³⁺，濾渣中含有銅和硅，溶解、過濾時用到的玻璃儀器有：漏斗、玻璃棒、燒杯，故答案為：Mg²⁺、Al³⁺；銅和硅；漏斗、玻璃棒、燒杯．
（3）氫氧化鋁沉淀烘干并灼燒至質(zhì)量不再減少為止，得到的質(zhì)量為bg的是氧化鋁，根據(jù)鋁元素守恒，合金中鋁元素的質(zhì)量分數(shù)是：$\frac{bg×\frac{54}{102}×100%}{a}$×100%=$\frac{9b}{17a}$×100%，故答案為：$\frac{9b}{17a}$×100%．

點評 本題考查了原電池、燃料電池的工作原理，明確正負極上得失電子及反應式的書寫即可解答，難度不大，注意知識的歸納和梳理是關鍵．