Question

5．Ⅰ．甲烷-空氣燃料電池若以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，負極的電極反應式為CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O；若以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，正極的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
Ⅱ．現(xiàn)有純鐵片、純銀片、純銅片，稀硫酸、FeSO₄ 溶液、Fe₂（SO₄）₃溶液、大燒杯、導線若干，請運用原電池原理設(shè)計實驗，驗證Cu²⁺、Fe³⁺的氧化性強弱．
（1）寫出電極反應式，負極：Cu-2e^-=Cu²⁺，正極：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．
（2）請在下面方框中畫出原電池的裝置圖，標出外電路電子流向（注明電極材料、電解質(zhì)溶液，連成閉合回路）．

（3）該裝置反應一段時間后，當溶液的質(zhì)量增加3.2g時，通過導線的電子的數(shù)目是0.1mol．

Answer 1

分析 Ⅰ．甲烷燃料電池中，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應，注意電解質(zhì)環(huán)境決定方程式的書寫；
Ⅱ．Fe³⁺氧化性比Cu²⁺強，可發(fā)生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，反應中Cu被氧化，為原電池的負極，則正極可為碳棒或不如Cu活潑的金屬，電解質(zhì)溶液為氯化鐵溶液，正極發(fā)生還原反應，負極發(fā)生氧化反應，以此解答該題．

解答 解：Ⅰ．若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負極上投放燃料甲烷，發(fā)生失電子發(fā)生氧化反應：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，若以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，正極上投放氧氣，發(fā)生得電子的還原反應：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
Ⅱ．（1）Fe³⁺氧化性比Cu²⁺強，可發(fā)生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cu被氧化，為原電池的負極，負極反應為Cu-2e^-=Cu²⁺，正極Fe³⁺被還原，電極方程式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；
（2）Fe³⁺氧化性比Cu²⁺強，可發(fā)生2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cu被氧化，為原電池的負極，正極Fe³⁺被還原，正極可為碳棒，電解質(zhì)溶液為氯化鐵，
則原電池裝置圖可設(shè)計為，電子從銅極流向碳極，故答案為：；
（3）該裝置反應一段時間后，當溶液的質(zhì)量增加3.2g時，即消耗的金屬銅質(zhì)量是3.2g即0.05mol，根據(jù)負極反應Cu-2e^-=Cu²⁺，電子轉(zhuǎn)移0.1mol，故答案為：0.1mol．

點評 本題考查了化學電源新型電池，根據(jù)得失電子確定正負極上通入的氣體，難點是電極反應式的書寫，注意堿性條件下甲烷失電子不能生成氫離子，要生成碳酸根離子，為易錯點．