题目
科学家近年发明了一种新型 -C(O)_(2) 水介质电池。电池示意图如图,电极为金属锌-|||-和选择性催化材料,放电时,温室气体C O2 被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境-|||-和能源问题提供了一种新途径。-|||-CO2-|||-①-|||-CO2-|||-电解质溶液1 通能园溶液2 ×O2-|||-→ 放电-|||-Zn( OH)4^2-|||-充电-|||-H2O-|||-HCOOH-|||-双极隔膜-|||-下列说法错误的是-|||-A.放电时,负极反应为 -2(e)^-+4(OH)^-=Zn((OH))_(4)^2--|||-B.放电时,1 mol CO2转化为HCOOH,转移的电子数为2 mol-|||-C.充电时,电池总反应为 (({OH))_(4)}^2-=2Zn+(O)_(2)uparrow +4(OH)^-+2(H)_(2)O-|||-D.充电时,正极溶液中 ^- 浓度升高
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定电池的正负极
放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸，即CO2发生还原反应，因此右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成 $Zn{(OH)}_{4}^{2-}$ 。
步骤 2：分析放电时的电极反应
放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：$Zn-2{e}^{-}+4{OH}^{-}=\!=\!= Zn{(OH)}_{4}^{2-}$ 。
放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，因此1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol。
步骤 3：分析充电时的电极反应
充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，$Zn{(OH)}_{4}^{2-}$ 发生还原反应生成Zn，电池总反应为：$2Zn{(OH)}_{4}=2Zn+{O}_{2}\uparrow +4{OH}^{-}+2{H}_{2}O$ 。
充电时，正极即为阳极，电极反应式为：$2{H}_{2}O-4{e}^{-}=4{H}^{+}+{O}_{2}\uparrow $ ，溶液中${H}^{+}$浓度增大，溶液中$c({H}^{+})\cdot c({OH}^{-})=KW$，温度不变时，Kw不变，因此溶液中$OH$浓度降低。
放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸，即CO2发生还原反应，因此右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn发生氧化反应生成 $Zn{(OH)}_{4}^{2-}$ 。
步骤 2：分析放电时的电极反应
放电时，负极上Zn发生氧化反应，电极反应式为：$Zn-2{e}^{-}+4{OH}^{-}=\!=\!= Zn{(OH)}_{4}^{2-}$ 。
放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，因此1 mol CO2转化为HCOOH时，转移电子数为2 mol。
步骤 3：分析充电时的电极反应
充电时，右侧为阳极，H2O发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，$Zn{(OH)}_{4}^{2-}$ 发生还原反应生成Zn，电池总反应为：$2Zn{(OH)}_{4}=2Zn+{O}_{2}\uparrow +4{OH}^{-}+2{H}_{2}O$ 。
充电时，正极即为阳极，电极反应式为：$2{H}_{2}O-4{e}^{-}=4{H}^{+}+{O}_{2}\uparrow $ ，溶液中${H}^{+}$浓度增大，溶液中$c({H}^{+})\cdot c({OH}^{-})=KW$，温度不变时，Kw不变，因此溶液中$OH$浓度降低。