Question

11．電極反應的書寫

（1）常溫下，燃燒1g乙烷（C₂H₆）氣體的放出52kJ的熱量，則乙烷燃燒的熱化學方程式：2C₂H₆（g）+7O₂ （g）=4CO₂（g）+6H₂0（l）；△H=-3120kJ/mol．以Pt作電極將乙烷設計為堿性燃料電池，在電極上分別通入乙烷和氧氣．則負極反應式為C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O．正極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．當電路中通過0.7mol電子時提供46.8kJ的電能，則該燃料電池的能量轉化效率為60%
（2）圖1為一種微生物燃料電池結構示意圖，若Cm（H₂O）n為CH₂O，則負極的電極反應式為CH₂O-4e^-+H₂O=CO₂+4H⁺．
（3）已知：2KMnO₄+16HCl（濃）═2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，Cl₂+2FeCl₂═2FeCl₃．請結合以上信息分析圖2中的原電池反應，甲燒杯中的電極反應式為MnO₄^-+5e^-+8H⁺=Mn²⁺+4H₂O，乙燒杯中的電極反應式為5Fe²⁺-5e^-=5Fe³⁺．

Answer 1

分析 （1）1g乙烷（C₂H₆）氣體完全燃燒生成液態(tài)水放出熱量52kJ，計算2mol乙烷完全燃燒放出熱量=$\frac{\frac{52KJ×2mol}{1g}}{30g/mol}$=3120kJ，依據(jù)熱化學方程式的書寫標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應焓變得到；
原電池中負極失電子，發(fā)生氧化反應；正極上得到電子，發(fā)生還原反應；分析電極反應，根據(jù)電子守恒結合總反應和正極反應計算得到負極電極反應；當電路中通過0.7mol電子時，消耗乙烷為0.05mol，若完全燃燒放出能量為$\frac{3120kJ/mol}{2}$×0.05mol=78kJ，然后計算該燃料電池的能量轉化效率；
（2）CH₂O在負極失電子被氧化生成二氧化碳和氫離子；
（3）甲燒杯中KMnO₄得電子生成Mn²⁺，乙燒杯中亞鐵離子得電子生成鐵離子．

解答 解：（1）1g乙烷（C₂H₆）氣體完全燃燒生成液態(tài)水放出熱量52kJ，計算2mol乙烷完全燃燒放出熱量=$\frac{\frac{52KJ×2mol}{1g}}{30g/mol}$=3120kJ，反應的熱化學方程式為：
2C₂H₆（g）+7O₂ （g）=4CO₂（g）+6H₂0（l）；△H=-3120kJ/mol；
利用反應①2 C₂H₆（g）+7 O₂（g）→4 CO₂（g）+6 H₂O（l）；設計原電池，根據(jù)化合價變化分析判斷，乙烷失電子發(fā)生氧化反應，所以通入乙烷氣體的電極應為負極，正極電極反應為：②O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-； ①-②×7 得到負極電極反應為：C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O；
當電路中通過0.7mol電子時，消耗乙烷為0.05mol，若完全燃燒放出能量為$\frac{3120kJ/mol}{2}$×0.05mol=78kJ，則該燃料電池的能量轉化效率為$\frac{46.8}{78}$×100%=60%；
故答案為：2C₂H₆（g）+7O₂ （g）=4CO₂（g）+6H₂0（l）；△H=-3120kJ/mol； C₂H₆-14e^-+18OH^-═2CO₃^2-+12H₂O；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；60%；
（2）CH₂O在負極失電子被氧化生成二氧化碳和氫離子，則負極的電極方程式為：CH₂O-4e^-+H₂O=CO₂+4H⁺；
故答案為：CH₂O-4e^-+H₂O=CO₂+4H⁺；
（3）甲燒杯中KMnO₄得電子生成Mn²⁺，則甲燒杯中的電極反應式為MnO₄^-+5e^-+8H⁺=Mn²⁺+4H₂O，乙燒杯中亞鐵離子得電子生成鐵離子，則乙燒杯中的電極反應式為5Fe²⁺-5e^-=5Fe³⁺；
故答案為：MnO₄^-+5e^-+8H⁺=Mn²⁺+4H₂O；5Fe²⁺-5e^-=5Fe³⁺．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫方法和注意問題、反應焓變的計算、原電池原理的應用，題目難度中等，注意把握反應熱的計算方法和電極方程式的書寫，側重于考查學生的分析能力和計算能力．