Question

如圖是一個乙醇燃料電池工作時的示意圖，乙池中的兩個電極一個是石墨電極，一個是鐵電極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，請回答下列問題：

（1）M電極的材料是

 

，電極名稱是

 

，N的電極反應式為

 

，加入乙醇的鉑電極的電極反應式為

 

．
（2）在此過程中，乙池中某一電極析出金屬銀4.32g時，甲池中理論上消耗氧氣為

 

L（標準狀況下）；若此時乙池溶液的體積為400mL，則乙池中溶液的pH為

 

．
（3）若在常溫常壓下，1g C₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態H₂O時放出29.71kJ熱量，表示該反應的熱化學方程式為

 

．
（4）若M、N均為石墨電極，將乙池改為電解500mL含KNO₃和Cu（NO₃）₂的混合液一段時間后，在兩極上均生成11.2L（標準狀況）氣體．則M極產生的氣體是

 

，原混合液中Cu²⁺的物質的量濃度是

 

mol/L．

Answer 1

考點：化學電源新型電池

專題：電化學專題

分析：堿性乙醇電池為原電池，通入乙醇的電極是負極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，根據圖片知，N是陽極，M是陰極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，則M電極是鐵，N電極是石墨，結合電子轉移的物質的量的判斷進行計算．

解答： 解：堿性乙醇電池為原電池，通入乙醇的電極是負極，通入氧氣的電極是正極，乙池有外接電源，屬于電解池，根據圖片知，N是陽極，M是陰極，工作時M、N兩個電極的質量都不減少，則M電極是鐵，N電極是石墨，
（1）通過以上分析知，M是陰極，N極是陽極，N上電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙醇電極上乙醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為：C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：鐵，陰極，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，C₂H₅OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（2）n（Ag）=

4.32g

108g/mol

=0.04mol，根據Ag⁺+e^-=Ag可知轉移電子為0.04mol，
甲池中通入氧氣的一極為正極，反應式為2O₂+8H⁺+8e^-=4H₂O，則消耗n（O₂）=

1

4

×0.04mol=0.01mol，
V（O₂）=0.01mol×22.4L/mol=0.224L；
乙池中某一電極析出金屬銀4.32g時，同時產生氫離子的物質的量是0.04mol，則其濃度是0.1mol/L，所以溶液的pH=1，故答案為：0.224，1；
（3）1g C₂H₅OH燃燒生成CO₂和液態H₂O時放出29.71kJ熱量，則1mol乙醇燃燒放出的熱量=

29.7kJ 1g

46g/mol

=1366.66kJ，所以其熱化學反應方程式為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.66kJ/mol，
故答案為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.66kJ/mol；
（4）用石墨電極電解500mL含KNO₃和Cu（NO₃）₂混合溶液，在兩極均生成標準狀況下的氣體11.2L，氣體的物質的量為n=

V

Vm

=

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，
溶液中陽離子放電順序Cu²⁺＞H⁺，陽極電極反應為溶液中陰離子氫氧根離子失電子生成氧氣：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，生成0.5molO₂，需電子為4×0.5mol=2mol；
陰極電極反應為：Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，生成0.5molH₂，需0.5mol×2=1mol電子，依據電子守恒，銅離子得到電子1mol，反應的銅離子物質的量0.5mol，所以Cu²⁺的物質的量濃度C=

n

v

=

0.5mol

0.5L

=1mol/L，故答案為：H₂，1 mol/L．

點評：本題考查了電極原理的計算應用，注意電子守恒的計算應用和正確書寫電極反應，題目難度中等．