Question

4．燃料電池是將化學能轉化為電能的裝置，能量利用率高，環(huán)境友好．是未來能源領域發(fā)展的方向．
（1）圖1左為綠色電源“二甲醚【（CH₃）₂O】燃料電池”的工作原理示意圖．電池工作時，電子流動方向是   極經外電路到b極（（填a或b）），a電極上發(fā)生反應的電極反應式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺．

（2）連接圖2裝置的電源為（1）問中的二甲醚燃料電池．接通電源一段時間后，觀察到裝置中電解質溶液顏色由無色變?yōu)樗{色，并逐漸加深．則該裝置中的Cu電極應與二甲醚燃料電池中b 電極（填a或b）相連．通電時發(fā)生反應的總的離子反應方程式為：Cu+2H⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$=Cu²⁺+H₂↑；若將電極材料都改為石墨，電解質溶液改為MnSO₄溶液可以制備MnO₂；則陽極反應式為；如二甲醚消耗23克，則理論上產生MnO₂的質量為261 克．

Answer 1

分析 （1）圖1左為綠色電源“二甲醚【（CH₃）₂O】燃料電池”的工作原理示意圖，a電極為燃料電池的負極，發(fā)生氧化反應，b電極為氧氣電池的正極，發(fā)生還原反應，電子由負極流向正極；
（2）電解質溶液顏色由無色變?yōu)樗{色，可說明銅被氧化發(fā)生氧化反應，則銅為電解池的陽極，與電源正極相連，陰極鋅上為氫離子得電子發(fā)生還原反應；若將電極材料都改為石墨，電解質溶液改為MnSO₄溶液可以制備MnO₂，陽極上Mn²⁺放電發(fā)生氧化反應而生成MnO₂，根據電路中轉移電子數相等計算，以此解答．

解答 解：（1）反應本質是二甲醚的燃燒，原電池二甲醚在負極發(fā)生氧化反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應，所以電子由負極a極經外電路到正極b，由圖可知，a極二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：a；b；CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（2）電解質溶液顏色由無色變?yōu)樗{色，可說明銅被氧化，則銅為電解池的陽極，應連接電源的正極，即b極，而陰極生成氫氣，則通電時發(fā)生反應的總的離子反應方程式為Cu+2H⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cu²⁺+H₂↑；
若將電極材料都改為石墨，電解質溶液改為MnSO₄溶液可以制備MnO₂，陽極上Mn²⁺放電發(fā)生氧化反應而生成MnO₂，電極反應式為：Mn²⁺-2e^-+2H₂0=MnO₂+4H⁺；根據電路中轉移電子數相等，則有CH₃OCH₃～12e^-～6MnO₂，所以二甲醚消耗23克，則理論上產生MnO₂的質量為$\frac{23}{46}$×6×87=261g，
故答案為：b； Cu+2H⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cu²⁺+H₂↑；Mn²⁺-2e^-+2H₂0=MnO₂+4H⁺；261．

點評 本題考查原電池和電解池原理，側重考查電極反應式的書寫、計算，明確各個電極上發(fā)生的反應是解本題關鍵，知道電路中轉移電子特點，題目難度不大．