Question

9．與甲醇燃料電池相比，乙醇燃料電池具有毒性低、理論能量密度高等優(yōu)點，因此被廣泛認(rèn)為是更有前途的燃料電池．下圖是一個乙醇燃料電池工作時的示意圖．乙池中的兩個電極均為石墨電極，乙池中
盛有100mL 3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液．請回答下列問題：

（1）在常溫常壓下，1g C₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時放出29.71kJ熱量，表示該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.7kJ/mol．
（2）甲池中通入乙醇的電極反應(yīng)式為C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（3）在此過程中，乙池中某一電極析出金屬銅6.35g時，甲池中理論上消耗O₂為1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
（4）在此過程中，若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下），理論上需通入4.6克乙醇．

Answer 1

分析 （1）1g乙醇的物質(zhì)的量=$\frac{1}{46}$mol，1gC₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時放出29.71kJ熱量，1mol乙醇完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出的熱量是1366.7kJ，據(jù)此寫出其熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）燃料電池中，通入燃料的電極是負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）金屬銅6.35g，其物質(zhì)的量為$\frac{6.35g}{64g/mol}$=0.099≈0.1mol，根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來計算；
（4）根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來計算．

解答 解：（1）1g乙醇的物質(zhì)的量=$\frac{1}{46}$mol，1gC₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態(tài)H₂O時放出29.71kJ熱量，1mol乙醇完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出的熱量是1366.7kJ，所以其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.7kJ/mol，
故答案為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.7kJ/mol；
（2）該燃料電池中，負(fù)極上乙醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：C₂H₅OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（3）金屬銅6.35g，其物質(zhì)的量為$\frac{6.35g}{64g/mol}$=0.099≈0.1mol，根據(jù)電極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2mol，在燃料電池的正極上發(fā)生電極反應(yīng)：
O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2mol時，消耗氧氣的物質(zhì)的量是0.05mol，體積是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案為：1.12；
（4）乙池中發(fā)生的反應(yīng)分別是：陽極上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，100mL3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液中銅離子物質(zhì)的量是：0.3mol，銅離子得電子的是0.6mol，若兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下），設(shè)均為nmol，則2n+0.6=4n，解得n=0.3，即裝置在轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是1.2mol，乙醇燃料電池的負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子是1.2mol，消耗乙醇的物質(zhì)的量是0.1mol，質(zhì)量是0.1mol×46g/mol=4.6g，
故答案為：4.6．

點評 本題考查了原電池原理和電解池原理的應(yīng)用，注意根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量相等結(jié)合電極方程式計算分析，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計算能力．