题目

题型：不详难度：来源：

某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL—定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图：

（1）写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式                                 。
（2）理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后,石墨电极上的电极反应式                ，原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为            mol/L，CuSO₄的物质的量浓度为          mol/L。（假设溶液体积不变）
（3）电解至t₃时，消耗水的质量为         g。

答案

（1）CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O（2分）
（2）4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O （2分）   0.1（2分）    0.1（2分）
(3)0.72 （2分）

解析

（1）甲图为甲醇燃料电池， 2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O ①
CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O   ②
①+②×2，得：甲醇燃料电池的总化学反应为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=6H₂O+2K₂CO₃
总离子反应为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=6H₂O+2CO₃^2-
（+）：O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－
（-）=总离子反应-（+）×3，得：2CH₃OH+16OH^－-12e^－=12H₂O+2CO₃^2-
化简，得：CH₃OH - 6e^－+ 8OH^－ = CO₃^2－+ 6H₂O
（2）乙图为电解池，铁片接甲图的负极，故铁片做电解池的阴极；
石墨棒接甲图的正极，故石墨棒做电解池的阳极；
溶液中阴离子（Cl^-、OH^-、SO₄^2-）移向阳极,且放电顺序为：Cl^-＞OH^-＞SO₄^2-，
电极反应为：先2Cl^--2e^-=Cl₂↑，后4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O
阳离子（Cu²⁺、H⁺、Na⁺）移向阴极,且放电顺序为：Cu²⁺＞H⁺＞Na⁺，
电极反应为：先Cu²⁺+2e^-=Cu，后2H⁺+2e^-=H₂↑
故丙图中，I线对应阴极（铁片）的反应，II线对应阳极（石墨棒）的反应；
分析丙图：到t₁时，生成V（Cl₂）=224ml，标准状况下n(Cl₂)="0.01" mol，
2Cl^--2e^-=Cl₂↑
2       1
n(Cl^-)   0.01mol，则n(Cl^-)= 0.02mol，C（NaCl）="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L；
V（O₂）="672ml-224ml=448" ml，标准状况下n(O₂)="0.02" mol，故阳极失电子的物质的量为：
2Cl^-- 2e^- = Cl₂↑       4OH^-- 4e^－ = O₂↑+2H₂O
2     1                4    1
0.02mol  0.01mol       0.08mol 0.02mol
两极电子转移守恒（均为0.02mol+ 0.08mol=0.1mol），则阴极得电子的物质的量为：
V（H₂）="672ml," 标准状况下n(H₂)=0.03mol，
2H⁺+ 2e^- = H₂↑             故  Cu²⁺ + 2e^- =Cu
2    1                      1    2
0.06mol 0.03mol             0.02mol 0.04mol
C（CuSO₄）="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L；
（3）2H₂O=2H₂↑+O₂↑
36g      1mol
0.72g    0.02mol