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(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（2）上述裝置消耗氧氣的物質(zhì)的量為0.1mol．
（3）乙裝置中A極的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，．
（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2，則圖2中①線表示的是Fe³⁺變化；反應(yīng)結(jié)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(zhì)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(yīng)，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，注意電解質(zhì)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化確定曲線對應(yīng)的離子；反應(yīng)結(jié)束后鐵元素全部轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移的物質(zhì)的量應(yīng)該為0.4mol，生成Cu²⁺應(yīng)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(yīng)為0.5mol，所以氫氧化鐵的物質(zhì)的量為0.5mol，所以質(zhì)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(yīng)，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)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(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↑；
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(zhì)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(yīng)為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（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，①為Fe³⁺，②為Fe²⁺，③為Cu²⁺，反應(yīng)結(jié)束后鐵元素全部轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移的物質(zhì)的量應(yīng)該為0.4mol，生成Cu²⁺應(yīng)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(yīng)為0.5mol，所以氫氧化鐵的物質(zhì)的量為0.5mol，所以質(zhì)量為：0.5×107=53.5g，氫氧化銅的物質(zhì)的量為0.2mol，所以質(zhì)量為：0.2×98=19.6g，所以固體的質(zhì)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(xué)生分析問題和解決問題的能力，是高考的熱點習(xí)題，注意電子守恒的應(yīng)用．