Question

目前人們正在研究開發一種高能電池——鈉-硫電池，它是以熔融的鈉、硫為兩極，以Na⁺導電的β-Al₂O₃陶瓷作固體電解質，反應式為：2Na+xSNa₂S_x

（1）寫出放電時正負極的電極反應式：

正極反應式：_____________________；負極反應式：__________________________。

（2）用該電池作電源進行電解M（NO₃）_m溶液時，若此電池工作一段時間后消耗46 g Na，電解池的某一極增重m g，則金屬M的相對原子質量為：_______________（用m、x表示）。

（3）用該電池作電源進行電解含有0.2 mol CuSO₄和0.2 mol NaCl的混合溶液500 mL時，若此電池工作一段時間后消耗23 g Na。則陽極產生氣體的體積為：___________L（標準狀況下）；電解后溶液加水稀釋至2 L，溶液的pH為：_____________。

Answer 1

（1）xS+2e^-=====S_x^2-  2Na-2e^-====2Na⁺

（2）

（3）6.72  1

解析：（1）電池總反應式為2Na+xSNa₂S_x

正極反應式：xS+2e^-====

負極反應式：2Na-2e^-====2Na⁺

（2）設金屬M的相對原子質量為y,

在電解過程中，當有46 g Na被消耗時，電路中轉移電子的物質的量為2 mol。

電解時，陰極反應式為：

M^x++xe^-====M

      x mol       y g

      2 mol       m g

解得：y=

即M的相對原子質量為。

（3）電解混合溶液時，陽極先后發生下列反應：

2Cl^--2e^-====Cl₂↑;4OH^--4e^-====2H₂O+O₂↑

陰極先后發生下列反應：

Cu²⁺+2e^-====Cu;2H⁺+2e^-====H₂↑

由于消耗23 g Na，電路中有1 mol電子發生轉移，即陽極、陰極均轉移1 mol電子。

對于陽極：使Cl^-全部放電產生0.1 mol Cl₂耗0.2 mol e^-，另有0.8 mol e^-使OH^-放電產生0.2 mol O₂。

共產生氣體V（Cl₂）+V（O₂）=0.3 mol×22.4 L·mol^-1=6.72 L

對于陰極：使Cu²⁺全部放電需耗0.4 mol e^-，另有0.6 mol e^-使0.6 mol H⁺放電。

比較陰極、陽極，有0.6 mol H⁺、0.8 mol OH^-分別放電，故溶液中產生0.2 mol H⁺

pH=-1g c(H⁺)=1