Question

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)甲醇為燃料的電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖2：

①寫(xiě)出i中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式

 

．
②理論上ii中兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如坐標(biāo)圖3所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），則在t₂時(shí)所得溶液為pH約為

 

（忽略溶液體積的變化，下同）．
③原混合溶液中NaCl的濃度為，理論上t₃時(shí)刻時(shí)，共消耗甲醇的物質(zhì)的量約為

 

．（保留小數(shù)點(diǎn)后三位數(shù)）

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專(zhuān)題：

分析：①甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性條件下生成碳酸根離子與水；
②電池通入甲醇的為負(fù)極，乙中石墨電極為陽(yáng)極、鐵電極為陰極，開(kāi)始Cl^-在陽(yáng)極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，依據(jù)生成的遷移體積計(jì)算物質(zhì)的量得到氯化鈉物質(zhì)的量計(jì)算濃度，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽(yáng)極上生成氧氣，根據(jù)氧氣的量計(jì)算氫氧根離子的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算溶液的pH；
③據(jù)產(chǎn)生氯氣的量計(jì)算NaCl的濃度；電解至t₃時(shí)，電解生成氧氣為672-224mL=448mL，氯氣224mL，據(jù)電子守恒求算消耗甲醇物質(zhì)的量．

解答： 解：①在燃料電池的中，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，甲醇失電子的過(guò)程為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②石墨為陽(yáng)極、鐵電極為陰極，開(kāi)始Cl^-在陽(yáng)極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₁點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
由圖可知，至t₂點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生氧氣為112mL，即0.112L，據(jù)電極反應(yīng)式4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，則反應(yīng)的氫氧根離子物質(zhì)的量為：

0.112×4

22.4

=0.02mol，生成氫離子濃度為：

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，pH=1，故答案為：1；
③由圖可知，產(chǎn)生氯氣為224mL，則由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=

0.224L

22.4L/mol

×2=0.02mol，所以c（NaCl）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，
電解至t₃時(shí)，電解生成氧氣為672-224mL=448mL，氯氣224mL，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為：（

0.448

22.4

×4+

0.224

22.4

×2）mol=0.1mol，據(jù)CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O可知，轉(zhuǎn)移0.1mol電子，消耗甲醇物質(zhì)的量為：

0.1×1

6

mol=0.017mol，故答案為：0.1mol/L；0.017mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查電解原理，明確發(fā)生的電極反應(yīng)及圖圖象的對(duì)應(yīng)關(guān)系是解答本題的關(guān)鍵，注意（3）中計(jì)算甲醇的物質(zhì)的量可利用電子守恒計(jì)算，題目難度中等．