Question

19．如圖是甲醇燃料電池工作的示意圖1，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極．工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同．丙裝置溶液中金屬陽離子的物質的量與轉移電子的物質的量變化關系如圖2，則下列說法錯誤的是（　　）

• A． 負極的電極反應式是：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O
• B． 乙中A極析出的氣體在標準狀況下的體積為1.12 L
• C． 右圖中②線表示的是Fe²⁺離子的變化
• D． 反應結束后，要使丙裝置溶液中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要280 mL 5.0 mol/L NaOH溶液

Answer 1

分析 A．甲是原電池，通入甲醇的電極是負極，負極上甲醇三衢道中和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水；
B．工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣；A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣；陽極電極反應和電子守恒計算得到；
C．C電極為陽極，D電極為陰極，根據丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據丙的成分可知溶液中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此C電極是Cu做陽極，D電極是石墨做陰極，根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化確定曲線對應的離子；
D．結合轉移電子的物質的量計算．

解答 解：A．甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發生氧化反應，電極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故A正確；
B．工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設生成氣體物質的量為X，溶液中銅離子物質的量為0.1mol，電極反應為：
      Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
 0.1mol  0.2mol       2x  x
A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
     4x       x
得到0.2+2x=4x
x=0.1mol
乙中A極析出的氣體是氧氣物質的量為0.1mol，在標準狀況下的體積為2.24L，故B錯誤；
C．根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質的量減小，亞鐵離子增加，①為Fe³⁺，②為Fe²⁺，③為Cu²⁺，
故C正確；
D．依據B電子轉移的物質的量應該為0.4mol，生成Cu2+應為0.2mol，橫軸，縱軸每個單位都是0.1mol，且此時溶液中銅離子0.2mol，三價鐵離子無，亞鐵離子根據圖象總量應為0.5mol，根據電荷守恒，當溶液中所有陽離子完全沉淀時，所需氫氧根離子物質的量=（0.2×2+0.5×2）mol=1.4mol，所以，V（NaOH）=1.4/5L=0.28L，故D正確；
故選B．

點評 本題考查原電池和電解池原理，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確各個電極上發生的反應是解本題關鍵，注意結合轉移電子守恒進行計算，題目難度中等．