Question

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）已知CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol又知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，請寫出32g的CH₃OH（g）完全燃燒生成液態水的熱化學方程式

 

．
（2）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

 

（填“正極”或“負極”），c電極上發生的電極反應式是

 

．

（3）將上述甲醇質子交換膜燃料電池連接惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得溶液中加入0.1molCu （OH）₂后恰好恢復到電解前的濃度．則電解過程中轉移的電子數為

 

個．
（4）若某反應為：Cu+2H₂O=Cu（OH）₂+H₂↑，請判斷該反應屬于原電池反應還是電解池反應，將裝置圖畫在右邊方框中．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,電極反應和電池反應方程式,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題

分析：（1）32g的CH₃OH的物質的量為1mol，結合蓋斯定律計算；
（2）原電池中電子從負極經外電路流向正極，負極反應氧化反應；
（3）根據電解池的工作原理，要想讓電解后的電解質復原，則遵循的原則是：出什么加什么，加入 Cu（OH）₂后溶液與電解前相同，則銅離子和氫氧根放電；
（4）銅和鹽酸或硫酸不反應，和硝酸反應不生成氫氣，所以該反應不是自發的進行氧化還原反應，該裝置是電解池；銅作陽極，電解質溶液為酸．

解答： 解：（1）已知①CH₃OH（g）+

3

2

O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/mol，②H₂O（l）=H₂O（g）△=44KJ/mol，
利用蓋斯定律將①-②×2可得CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）
△H=（-192.9kJ/mol）-44KJ/mol×2=-280.9kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol；
（2）原電池中電子從負極經外電路流向正極，根據電子流向可知c電極為負極，
甲醇在負極上發生氧化反應，電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：負極；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
（3）Cu（OH）₂從組成上可看成CuO?H₂O，加入0.1 mol Cu（OH）₂后恰好恢復到電解前的濃度，即電解生成了0.1 mol H₂SO₄ ，并電解了0.1 mol H₂O ，由電解的總反應式：
2H₂O+?2CuSO₄

電解  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄ 轉移電子
                           2mol   4mol
                          0.1mol   0.2mol 
2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑ 轉移電子
2mol                  4mol
0.1mol                0.2mol
所以電解過程中共轉移電子為0.4 mol，故答案：0.4NA；
（4）銅和硫酸反應中，該反應不能自發進行，所以選擇電解池，失電子的是金屬銅，金屬Cu一定做陽極，電解質為硫酸，即，
故答案為：電解池；．

點評：本題主要考查了蓋斯定律的應用、電化學中電極方程式的書寫及其計算，關鍵要在理解燃料電池盒電解池原理的基礎上進行解題，題目難度不大．