Question

【題目】如圖1是甲醇燃料電池工作的示意圖，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極。工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。

（1）甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________。

（2）乙中B極為_____（填“陰極”或“陽極”），該電極上析出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為____。

（3）丙裝置溶液中金屬陽離子的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖2，則圖中③線表示的是_________________（填離子符號）的變化；反應(yīng)結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要___________ mL 2. 0 mol/L NaOH溶液。

Answer 1

【答案】 CH3OH - 6e-＋ 8OH- = CO32- ＋ 6H2O 陰極 2. 24 L Cu2＋ 700

【解析】通入甲醇的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在堿性條件下被氧化生成碳酸根離子；利用甲池作電源電解硫酸銅溶液、氯化鐵和氯化亞鐵的混合溶液，結(jié)合電極材料和離子的放電順序進(jìn)行相關(guān)的判斷與計算，據(jù)此解答。

（1）甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O；（2）工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應(yīng)，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設(shè)生成氣體物質(zhì)的量為x，溶液中銅離子物質(zhì)的量為0.1mol，電極反應(yīng)為：

Cu2+ + 2e-＝Cu

0.1mol 0.2mol

2H++2e-＝H2↑

2x x

A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為：

4OH--4e-=2H2O+O2↑

4x x

根據(jù)得失電子守恒得到0.2+2x=4x，解得x=0.1mol，乙中B極析出的氣體是氫氣，物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L；（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，故①為Fe3+，②為Fe2+，③為Cu2+；由圖可知電子轉(zhuǎn)移為0.4mol，生成Cu2+物質(zhì)的量為0.2mol，陰極電極反應(yīng)Fe3++e-=Fe2+，反應(yīng)結(jié)束后，溶液中有Fe2+為0.5mol，Cu2+為0.2mol，所以需要加入NaOH的物質(zhì)的量為0.5×2+0.2×2＝1.4mol，所以所需NaOH溶液的體積為1.4mol÷2mol/L＝0.7L＝700mL。