Question

12．中國科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖所示．
（1）該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為CH₃OH，c口通入的物質(zhì)為O₂．
（2）該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
（3）工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有1.2N_A個(gè)電子轉(zhuǎn)移．
（4）若將a口排放出的1.12L氣體，通入到5L0.015mol•L^-1NaOH溶液中完全反應(yīng)．反應(yīng)后的溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，負(fù)極上通入燃料；
（2）負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）根據(jù)甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（4）標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12LLCO₂的物質(zhì)的量為0.05mol，5L0.015mol•L^-1NaOH溶液中含有0.075molNaOH，二者恰好發(fā)生反應(yīng)2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，反應(yīng)后生成了等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉，然后結(jié)合鹽的水解原理判斷各離子濃度大�。�

解答 解：（1）據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，右側(cè)電極為正極，正極上氧氣得電子，左側(cè)電極為負(fù)極，負(fù)極上通入燃料甲醇，
故答案為：CH₃OH；O₂；
（2）負(fù)極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（3）根據(jù)CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺知，甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式得，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，則轉(zhuǎn)移電子個(gè)數(shù)為1.2N_A，
故答案為：1.2；
（4）標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12LLCO₂的物質(zhì)的量為0.05mol，5L0.015mol•L^-1NaOH溶液中含有0.075molNaOH，二者恰好發(fā)生反應(yīng)2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，生成等濃度的Na₂CO₃、NaHCO₃，HCO₃^-、CO₃^2-部分水解，溶液呈堿性，則c（OH^-）＞c（H⁺），由于CO₃^2-水解程度大于HCO₃^-，則c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），所以反應(yīng)后溶液中的離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理，根據(jù)正負(fù)極上得失電子及反應(yīng)物和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式解答，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫，難度不大．