Question

6．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）A極的名稱是陽極（填“陽極”或“陰極”）；甲池發(fā)生氧化反應的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（2）上述裝置消耗氧氣的物質的量為0.1mol．
（3）乙裝置中A極的電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，．
（4）丙裝置溶液中金屬陽離子的物質的量與轉移電子的物質的量變化關系如圖2，則圖2中①線表示的是Fe³⁺變化；反應結束后，滴加2.0mol•L^-1NaOH溶液使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，過濾，將濾液蒸干得到固體的質量為73.1g．

Answer 1

分析 （1）A與燃料電池的正極相連，所以A是陽極；甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，注意電解質溶液是堿性溶液；
（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，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣；A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣；陽極電極反應和電子守恒計算得到；
（3）A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（4）C電極為陽極，D電極為陰極，根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據(jù)丙的成分可知溶液中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此C電極是Cu做陽極，D電極是石墨做陰極，根據(jù)轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化確定曲線對應的離子；反應結束后鐵元素全部轉化為亞鐵，所以滴加2.0mol•L^-1NaOH溶液得氫氧化亞鐵，過濾，將濾液蒸干過程中氫氧化亞鐵易被氧化成氫氧化鐵，據(jù)B電子轉移的物質的量應該為0.4mol，生成Cu²⁺應為0.2mol，橫軸，縱軸每個單位都是0.1mol，且此時溶液中銅離子0.2mol，三價鐵離子無，亞鐵離子根據(jù)圖象總量應為0.5mol，所以氫氧化鐵的物質的量為0.5mol，所以質量為：0.5×107=53.5g．

解答 解：（1）A與燃料電池的正極相連，所以A是陽極；甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：陽極；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+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，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設生成氣體物質的量為X，溶液中銅離子物質的量為0.1mol，電極反應為：
  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，電極反應為：
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
4x            x
得到0.2+2x=4x
x=0.1mol
乙中A極析出的氣體是氧氣物質的量為0.1mol，
故答案為：0.1mol；
（3）A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（4）根據(jù)轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質的量減小，亞鐵離子增加，①為Fe³⁺，②為Fe²⁺，③為Cu²⁺，反應結束后鐵元素全部轉化為亞鐵，所以滴加2.0mol•L^-1NaOH溶液得氫氧化亞鐵，過濾，將濾液蒸干過程中氫氧化亞鐵易被氧化成氫氧化鐵，據(jù)B電子轉移的物質的量應該為0.4mol，生成Cu²⁺應為0.2mol，橫軸，縱軸每個單位都是0.1mol，且此時溶液中銅離子0.2mol，三價鐵離子無，亞鐵離子根據(jù)圖象總量應為0.5mol，所以氫氧化鐵的物質的量為0.5mol，所以質量為：0.5×107=53.5g，氫氧化銅的物質的量為0.2mol，所以質量為：0.2×98=19.6g，所以固體的質量為19.6g+53.5g=73.1g，故答案為：Fe³⁺；73.1g．

點評 本題綜合原電池電解原理以及原電池知識，綜合性強，題目難度中等，主要考查學生分析問題和解決問題的能力，是高考的熱點習題，注意電子守恒的應用．