Question

4．由甲醇、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續使用一個月才充一次電．
（1）①該電池的電極反應式，正極為3O₂+6H₂O-12e^-=12OH^-，負極為2CH₄O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O．
②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200mL含有如下離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol/L	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件下）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶液現象）陽極上收集到氧氣的質量為0.1mol．

Answer 1

分析 ①甲醇燃料電池中正極上氧氣得電子生成二氧化碳，甲醇在負極失電子，堿溶液中生成碳酸鹽；
②電解原理：陰極上顯示銅離子得電子，然后是氫離子得電子產生氫氣，在陽極上是氯離子失電子的反應，產生氯氣，然后是氫氧根離子失電子產生氧氣，一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時，根據電子守恒計算陽極上收集到氧氣的物質的量．

解答 解：①燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，電解質是氫氧化鈉溶液，根據原電池原理，正極電極反應是O₂得到電子生成氫氧根離子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負極電極反應：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：3O₂+6H₂O-12e^-=12OH^-；2CH₄O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O；
②陰極上顯示銅離子得電子，Cu²⁺+2e^-=Cu，200mL0.5mol/L的銅離子得電子物質的量是0.2mol，然后是2H⁺+2e^-=H₂↑，在陽極上是0.4mol氯離子失電子的反應，產生氯氣0.2mol，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，轉移電子是0.4mol，然后是氫氧根離子失電子產生氧氣，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時，假設產生氧氣的物質的量是x，在陽極上產生氣體是（0.2+x）mol，根據電子守恒，得到0.4+4x=0.2+2（0.2+x），解得x=0.1mol，即陽極上收集到氧氣的物質的量為0.1mol．
故答案為：0.1mol．

點評 本題考查電化學知識、原電池、電解池工作原理，題目難度中等，做題時注意電極的判斷和電極反應的書寫，注意串聯電路中各電極轉移的電子數目相等，利用反應的方程式計算即可，側重于考查學生的分析能力和計算能力．