Question

9．科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇和水，并開發出以甲醇為燃料的燃料電池．已知圖甲池為甲醇燃
料電池；乙池中的兩個電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL 3.00mol．L^-1的CuSO₄溶液．請回答下列問題：
（1）M的電極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu．
（2）當乙池中某一電極析出金屬銅6.4g時，甲池中理論上消耗氧氣為多少1.12L．（標準狀況）
（3）若乙池中兩電極產生的氣體恰好相等時（假設標準狀況下），理論上需通入6.4g甲醇．

Answer 1

分析 （1）燃料電池的正極上是氧氣發生得電子的還原反應，負極上是燃料失電子的還原反應，電解池中，和電源的正極相連的是陽極，該極上發生氧化反應，和電源的負極相連的是陰極，該極上發生得電子的還原反應；
（2）乙池中M電極的電極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，燃料電池的正極上發生電極反應：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，根據電極反應式結合電子守恒來計算；
（3）乙池中發生的反應分別是：陽極上：4OH^-=O₂↑+2H₂O+4e^-，陽極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，甲醇燃料電池的負極上發生反應：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，根據電極反應式結合電子守恒來計算．

解答 解：（1）燃料電池的正極上是氧氣發生得電子的還原反應，電解池中，和電源的正極相連的是陽極，該極上發生氧化反應，所以N是陽極，M是陰極，M極上電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
（2）乙池中M電極析出金屬銅6.4g，根據電極反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，析出金屬銅6.4g即0.1mol，轉移電子的物質的量是0.2mol，在燃料電池的正極上發生電極反應：
O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，當轉移電子的物質的量是0.2mol時，消耗氧氣的物質的量是0.05mol，體積是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案為：1.12；
（3）乙池中發生的反應分別是：陽極上：4OH^-=O₂↑+2H₂O+4e^-，陽極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，100mL3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液中銅離子物質的量是：0.3mol，銅離子得電子的是0.6mol，若兩電極產生的氣體恰好相等時（假設標準狀況下），設均為nmol，則2n+0.6=4n，解得n=0.3，即裝置在轉移電子的物質的量是1.2mol，甲醇燃料電池的負極上發生反應：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，當轉移電子是1.2mol，消耗甲醇的物質的量是0.2mol，質量是0.2mol×32g/mol=6.4g，
故答案為：6.4．

點評 本題綜合考查學生電解池和燃料電池的工作原理和計算等知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．