Question

如圖1是甲醇燃料電池工作的示意圖，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．

（1）甲中負極的電極反應式為

 

．
（2）乙中陽極的電極反應式為

 

．乙中A極析出的氣體在標準狀況下的體積為

 

．
（3）丙裝置溶液中金屬陽離r的物質的芾與轉移電r的物質的帚變化關系如圖2，則圖中②線表示的是

 

離子的變化；反應結束后，要使丙裝避中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要

 

mL 5.0mol/L NaOH溶液．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學專題

分析：（1）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，注意電解質溶液是堿性溶液；
（2）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；
（3）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，結合轉移電子的物質的量計算．

解答： 解：（1）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；
（2）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，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；2.24L；
（3）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⁺，
依據（2）計算得到電子轉移為0.2mol，當電子轉移為0.2mol時，丙中陽極電極反應Cu-2e-=Cu²⁺，生成Cu²⁺物質的量為0.1mol，圖象分析每個單位為0.05mol，陰極電極反應Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，溶液中有Fe³⁺ 0.2mol，Fe²⁺ 0.3mol，Cu²⁺為0.1mol，所以需要加入NaOH溶液1.4mol，所以NaOH溶液等體積為

1.4mol

5mol/L

=0.28L=280ml，
故答案為：Fe²⁺；280．

點評：本題綜合原電池電解原理以及原電池知識，綜合性強，題目難度中等，主要考查學生分析問題和解決問題的能力，是高考的熱點習題，注意電子守恒的應用．