Question

(9分)下圖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。

Ⅰ．工作一段時(shí)間后，斷開K，此時(shí) C電極質(zhì)量減少3.2g。

（1）甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式為

（2）乙溶液此時(shí)離子濃度由大到小的順序是

Ⅱ．連接K，繼續(xù)電解一段時(shí)間，當(dāng)A，B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同時(shí)

（3）乙中A極析出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 ，溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為 mol/L (不考慮溶液體積變化)

（4）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，則圖中②線表示的是 離子的變化；此時(shí)要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要 mL 5. 0 moL/L NaOH 溶液。

 

Answer 1

共10分

（1）CH3OH－6e－＋8OH－＝CO32－＋6H2O(2分)

（2）c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)(2分)

（3）2.24L(1分，數(shù)值正確無單位無分) 1mol/L(1分)

（4）Fe2＋(2分) 280(2分)

【解析】

試題分析：（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）電解前乙溶液含CuSO4物質(zhì)的量為：0.1L×1mol?L?1=0.1mol，C電極質(zhì)量減少3.2g，發(fā)生的反應(yīng)為Cu—2e?=Cu2+，n（e?）=2n（cu）=2×3.2g÷64g/mol=0.1mol，電解乙溶液發(fā)生的反應(yīng)為：2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，則消耗Cu2+為0.05mol，剩余Cu2+發(fā)生水解反應(yīng)，生成的H+為0.1mol，Cu2+發(fā)生水解反應(yīng)可生成少量的H+，故乙溶液此時(shí)離子濃度由大到小的順序是：c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)

（3）工作一段時(shí)間后，斷開K，此時(shí)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，2H++2e-=H2↑；

0.1mol 0.2mol 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↑；

x x

得到0.2+2x=4x，則x=0.1mol

乙中A極析出的氣體是氧氣物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L；最終生成的H+為：0.4mol-0.2mol=0.2mol，則H2SO4的濃度為：1/2×0.2mol÷0.1L=1mol?L?1。

（4）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，圖中②線表示的是Fe2+的變化，依據(jù)（2）計(jì)算得到電子轉(zhuǎn)移為0.2mol，當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為0.2mol時(shí)，丙中陽極電極反應(yīng)Cu-2e-=Cu2+，生成Cu2+物質(zhì)的量為0.1mol，圖象分析每個(gè)單位為0.05mol，陰極電極反應(yīng)Fe3++e-=Fe2+，溶液中有Fe3+ 0.2mol，F(xiàn)e2+ 0.3mol，Cu2+為0.1mol，所以需要加入NaOH溶液1.4mol，所以NaOH溶液等體積為：1.4mol÷5mol/L=0.28L=280ml。

考點(diǎn)：本題考查原電池原理、電解原理、離子濃度比較、化學(xué)計(jì)算。