Question

5．如圖是鋰錳電池的反應(yīng)原理示意圖，其中電解質(zhì)KClO₄溶于混合有機(jī)溶劑中，Li⁺ 通過電解質(zhì)遷移入MnO₂晶格中，得到LiMnO₂．回答下列問題：
（1）①外電路的電流方向是由b極流向a極．（填字母）
②電池正極反應(yīng)式為Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂．
（2）用CR2032鋰錳電池作電源分別電解以下三種溶液，假如電路中轉(zhuǎn)移了0.4mol e^-，且電解池的電極均為惰性電極．
①電解MNO₃溶液時(shí)某一電極增加了43.2g M，則金屬M(fèi)的相對(duì)原子質(zhì)量為108．
②電解含有0.4mol K₂SO₄的溶液100mL，恢復(fù)到原來的狀態(tài)，需要進(jìn)行的操作是（寫出要加入的物質(zhì)和質(zhì)量）向溶液中加入3.6g水．
③電解含有0.2mol NaCl的溶液100mL，陽極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是3.36L；將電解后的溶液加水稀釋至2L，此時(shí)溶液的pH=13．

Answer 1

分析 （1）形成原電池反應(yīng)時(shí)，Li為負(fù)極，被氧化，電極方程式為Li-e^-=Li⁺，MnO₂為正極，被還原，電極方程式為MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，結(jié)合電極方程式以及元素化合價(jià)的變化解答該題；
（2）①硝酸根離子為-1價(jià)，根據(jù)化合物中各元素化合價(jià)的代數(shù)和為0知，M元素在該化合物中化合價(jià)為+1價(jià)，電路中轉(zhuǎn)移電子為0.4mol，則n（M）=n（e^-）=0.4mol，M=$\frac{m}{n}$，數(shù)值上金屬元素的摩爾質(zhì)量等于其相對(duì)原子質(zhì)量；
②根據(jù)“析出什么加入什么”原則加入物質(zhì)，電解硫酸鉀溶液時(shí)，陽極上析出氧氣、陰極上析出氫氣，所以相當(dāng)于電解水，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子和析出物質(zhì)之間的關(guān)系式計(jì)算；
③電解0.2molNaCl，氯離子完全放電轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol，還有0.2mol電子是氫氧根離子轉(zhuǎn)移的；電解過程分為兩步：第一步電解反應(yīng)式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、第二步電解反應(yīng)式為2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，根據(jù)c（NaOH）計(jì)算溶液pH．

解答 解：（1）①Li為負(fù)極，MnO₂為正極，原電池工作時(shí)，外電路的電流方向從正極到負(fù)極，即從b極流向a極，
故答案為：b；a；
②MnO₂為正極，被還原，電極方程式為MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，故答案為：Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂；
（2）①硝酸根離子為-1價(jià)，根據(jù)化合物中各元素化合價(jià)的代數(shù)和為0知，M元素在該化合物中化合價(jià)為+1價(jià)，電路中轉(zhuǎn)移電子為0.4mol，則n（M）=n（e^-）=0.4mol，M=$\frac{m}{n}$=$\frac{43.2g}{0.4mol}$=108g/mol，數(shù)值上金屬元素的摩爾質(zhì)量等于其相對(duì)原子質(zhì)量為108，故答案為：108；
②根據(jù)“析出什么加入什么”原則加入物質(zhì)，電解硫酸鉀溶液時(shí)，陽極上析出氧氣、陰極上析出氫氣，所以相當(dāng)于電解水，生成1mol水轉(zhuǎn)移電子2mol電子，則轉(zhuǎn)移0.4mol電子生成n（H₂O）=$\frac{0.4mol}{2}$×18g/mol=3.6g，需要進(jìn)行的操作是向溶液中加入3.6g水即可，故答案為：向溶液中加入3.6g水；
③電解0.2molNaCl，氯離子完全放電轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)Cl原子守恒得n（Cl₂）=$\frac{1}{2}$n（NaCl）=$\frac{1}{2}$×0.2mol=0.1mol，還有0.2mol電子是氫氧根離子轉(zhuǎn)移的，生成n（O₂）=$\frac{0.2mol}{4}$=0.05mol，則陽極生成氣體體積=（0.1+0.05）mol×22.4L/mol=3.36L；電解過程分為兩步：第一步電解反應(yīng)式為2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑、第二步電解反應(yīng)式為2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$O₂↑+2H₂↑，根據(jù)Na原子守恒得n（NaOH）=n（NaCl）=0.2mol，c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L，則溶液pH=13，故答案為：3.36L；13．

點(diǎn)評(píng) 本題以電解原理為載體考查計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，明確各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意③題陽極產(chǎn)物成分及其物質(zhì)的量，為易錯(cuò)點(diǎn)．