Question

4．隨著科學技術的進步，人們研制了多種甲醇質子交換膜燃料電池，以滿足不同的需求．
（1）如圖是某筆記本電腦用甲醇質子交換膜燃料電池的結構示意圖．
甲醇在催化劑作用下提供質子和電子，電子經外電路、質子經內電路到達另一極與氧氣反應，電池總反應為：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O．則c電極是負極（填“正極”或“負極”），c電極上發(fā)生的電極反應式是2CH₃OH+2H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺．
（2）將上述甲醇質子交換膜燃料電池連接惰性電極電解足量的硫酸銅溶液，電解的總反應方程式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
（3）通電一段時間后，某電極質量增加1.92g，則燃料電池中消耗的甲醇質量為0.32g，
（4）若要將硫酸銅溶液恢復到電解前的濃度，可加入什么物質？CuO或CuCO₃．

Answer 1

分析 （1）所有燃料電池中，通入燃料的電極是負極、通入氧化劑的電極是正極，負極上失電子、正極上得電子，放電時電子從負極沿導線流向正極，根據(jù)圖知，c是負極、d是正極，電解質溶液呈酸性，所以負極上甲醇失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子；
（2）用惰性電極電解硫酸銅溶液，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu，同時電解質溶液中還生成硫酸；
（3）通電一段時間后，某電極質量增加1.92g，該電極是陰極，析出的是Cu單質，n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，根據(jù)轉移電子相等計算消耗甲醇質量；
（4）要使電解后的溶液恢復原狀，采用“析出什么加入什么”原則確定加入物質．

解答 解：（1）所有燃料電池中，通入燃料的電極是負極、通入氧化劑的電極是正極，負極上失電子、正極上得電子，放電時電子從負極沿導線流向正極，根據(jù)圖知，c是負極、d是正極，電解質溶液呈酸性，所以負極上甲醇失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為2CH₃OH+2H₂O-12e^-═2CO₂+12 H⁺，
故答案為：負極；2CH₃OH+2H₂O-12e^-═2CO₂+12H⁺；
（2）用惰性電極電解硫酸銅溶液，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上銅離子放電生成Cu，同時電解質溶液中還生成硫酸，電池反應式為2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
（3）通電一段時間后，某電極質量增加1.92g，該電極是陰極，析出的是Cu單質，n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，根據(jù)轉移電子相等計算消耗甲醇質量=$\frac{0.03mol×2}{6}×32g/mol$=0.32g，故答案為：0.32g；
（4）要使電解后的溶液恢復原狀，采用“析出什么加入什么”原則確定加入物質，電解硫酸銅溶液時，陽極上析出氧氣、陰極上析出Cu，所以相當于析出CuO，還可以加入碳酸銅，因為碳酸銅和稀硫酸反應生成硫酸銅和二氧化碳、水，所以還相當于加入CuO，要使溶液恢復原狀可以加入CuO或CuCO₃，故答案為：CuO或CuCO₃．

點評 本題考查化學電源新型電池、電解原理等知識點，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確各個電極上發(fā)生的反應是解本題關鍵，難點是電極反應式的書寫，要結合電解質溶液酸堿性書寫，注意（4）中加入物質確定方法，為易錯點．