Question

11．某同學(xué)設(shè)計了一個乙醇（CH₃CH₂OH）燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如1圖：

①寫出ⅰ中通入乙醇這一極的電極反應(yīng)式CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
②25℃，1.01×10⁵Pa時23g液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)至原狀態(tài)時，放出362.9kJ熱量，寫出乙醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式：CH₃CH₂OH （l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol．
③理論上ⅱ中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如坐標(biāo)圖2所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；原混合液中CuSO₄溶液物質(zhì)的量濃度為0.1 mol/L．

Answer 1

分析 ①乙醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性條件下生成碳酸根離子與水；
②23g 液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出362.9kJ的熱量，則1mol 液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出725.8kJ的熱量，據(jù)此書寫；
③原電池通入乙醇的為負(fù)極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，根據(jù)氧氣的量計算氫氧根離子的物質(zhì)的量，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，根據(jù)t₁前生成氯氣、氧氣的體積計算硫酸銅的物質(zhì)的量和濃度．

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，乙醇失電子的過程為：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
②23g 液態(tài)乙醇完全燃燒，即0.5mol乙醇，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出362.9kJ的熱量，則1mol 液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出725.8kJ的熱量，即熱化學(xué)方程式為：CH₃CH₂OH （l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol，
故答案為：CH₃CH₂OH （l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-725.8KJ/mol；
③乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
0～t₂電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，陰極Cu²⁺+2e^-=Cu，n（Cl₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，則陰極生成的Cu為0.01mol；t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極Cu²⁺+2e^-=Cu，n（O₂）=$\frac{0.0112L}{22.4mol/L}$=0.005mol，由電子守恒可知生成的銅為0.01mol，所以電解時共生成Cu為0.02mol，則原混合液中CuSO₄溶液物質(zhì)的量濃度為c（CuSO₄）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L；
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；0.1．

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式、電解池原理等知識點(diǎn)，電解硫酸銅和氯化鈉混合溶液時，明確離子的放電順序是解本題的關(guān)鍵，難度較大，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計算能力．