Question

18．Ⅰ．摩托羅拉公司開發了一種以甲醇為原料，以KOH為電解質的用于手機的可充電的高效燃料電池，充一次電可以連續使用一個月．已知該電池的總反應式為：2CH₃OH+3O₂+4KOH$?_{充電}^{放電}$2K₂CO₃+6H₂O


請填空：
（1）放電時：負極的電極反應式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
Ⅱ．如圖1所示，A為電源，B為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO₄溶液，C、D為電解槽，其電極材料及電解質溶液見圖2．
（1）關閉K₁，打開K₂，通電后，B的KMnO₄紫紅色液滴向c端移動，則電源b端為負極，通電一段時間后，觀察到濾紙d端的電極反應式是：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）已知C裝置中溶液為Cu（NO₃）₂和X（NO₃）₃，且均為0.1mol，打開K₁，關閉K₂，通電一段時間后，陰極析出固體質量m（g）與通過電子的物質的量n（mol）關系如右圖所示．則Cu²⁺、X³⁺、H⁺氧化能力由大到小的順序是Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；D裝置中溶液是H₂SO₄，則電極C端的實驗現象是：在C端開始時有無色無味氣體產生，一段時間后有紅色物質析出．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）原電池中負極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應生成碳酸根離子；
Ⅱ．（1）關閉K₁，打開K₂，為電解飽和食鹽水裝置，通電后，B的KMnO₄紫紅色液滴向c端移動，根據電解池工作原理可知陰離子向陽極移動判斷電源的正負極并書寫d端的電極反應式；
（2）打開K₁，關閉K₂，則為電解C、D兩池，根據電解C的圖象可知，開始即析出固體，總共0.2mol電子通過時，析出固體質量達最大，證明此時析出的固體是銅，此后，繼續有電子通過，不再有固體析出，說明X³⁺不放電，H⁺放電，從而判斷離子氧化性；D裝置中溶液是H₂SO₄，電極C端與b負極相連即為陰極，開始氫離子得電子生成氫氣，后陽極的銅失電子生成銅離子進入陰極在陰極析出，據此分析

解答 解：Ⅰ．（1）原電池放電時，甲醇失電子被氧化，應為電池負極反應，其電極反應式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
Ⅱ．（1）據題意B的KMnO₄紫紅色液滴向c端移動，說明高錳酸根離子向c端移動，可推出極c端為陽極，則與之相連的電源a端為正極，b端為負極，所以通電濾紙d端為陰極，電極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：負；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）根據電解C的圖象可知，通電后就有固體生成，當通過電子為0.2mol時，析出固體質量達最大，證明此時析出的固體是銅．如果是X³⁺析出，電子數應該是0.3mol，則氧化能力為Cu²⁺＞X³⁺，當電子超過0.2mol時，固體質量沒變，說明這是陰極產生的是氫氣，即電解水，說明氧化能力H⁺＞X³⁺，故氧化能力為Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；
D裝置中溶液是H₂SO₄，電極C端與b負極相連即為陰極，開始為氫離子得電子生成氫氣，后陽極的銅失電子生成銅離子進入陰極在陰極析出，所以看到的現象為在C端開始時有無色無味氣體產生，一段時間后有紅色物質析出；故答案為：Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；在C端開始時有無色無味氣體產生，一段時間后有紅色物質析出．

點評 本題綜合考查電解原理以及根據圖象獲取信息、運用知識綜合分析能力，根據KMnO₄紫紅色液滴向c端移動判斷電源的正負極為解答該題的關鍵，注意電極方程式的判斷，為易錯點，題目難度中等．