Question

9．如圖所示，裝置A為乙醇燃料電池，若通電5min時，銅電極質(zhì)量增加21.6g．試回答下列問題．

（1）A中乙醇應(yīng)從①處通入（填“①”或“②”），負(fù)極的電極反應(yīng)為C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（2）D中石墨電極的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-═Cl₂↑．
（3）C中盛有2L1.0mol/L的CuSO₄溶液，繼續(xù)電解，若C中兩電極產(chǎn)生的氣體體積恰好相等時（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），理論上需通入乙醇7.7g（保留一位小數(shù)），復(fù)原C中溶液應(yīng)加入Cu（OH）₂物質(zhì)，其質(zhì)量為196g．
（4）若C中溶液起始濃度同（4），電解時溶液體積保持2L，當(dāng)電路中通過0.5mol電子后，調(diào)換正負(fù)極繼續(xù)電解，電路中再通過1.0mol電子，此時溶液中c（H⁺）為0.25mol/L．

Answer 1

分析 裝置A為乙醇燃料電池，若通電5min時，銅電極質(zhì)量增加21.6g，所以Cu是陰極，Ag是陽極，②是正極，①是負(fù)極，F(xiàn)e是陰極，石墨是陽極，燃料電池中，燃料通入負(fù)極，氧氣通入正極，根據(jù)電解池的工作原理以及電極反應(yīng)式結(jié)合電子轉(zhuǎn)移知識進行計算即可．
（1）燃料電池中，燃料通入負(fù)極，氧氣通入正極；
（2）D中石墨是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）乙池中發(fā)生的反應(yīng)分別是：陽極上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒以及電解質(zhì)復(fù)原的方法：出什么加什么，出多少加多少來回答．
（4）陽極上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上Cu²⁺+2e^-=Cu，調(diào)換正負(fù)極繼續(xù)電解，此時陽極上金屬銅溶解，轉(zhuǎn)移電子0.5mol，金屬銅全部溶解，然后是2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，根據(jù)電子守恒來計算．

解答 解：裝置A為乙醇燃料電池，若通電5min時，銅電極質(zhì)量增加21.6g，所以Cu是陰極，Ag是陽極，②是正極，①是負(fù)極，F(xiàn)e是陰極，石墨是陽極，
（1）A中乙醇應(yīng)從負(fù)極①處通入，在乙醇燃料電池中，負(fù)極上是燃料乙醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，電極反應(yīng)為：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：①；C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（2）D中石墨是陽極，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，故答案為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
（3）乙池中發(fā)生的反應(yīng)分別是：陽極上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，2L1.0mol/L的CuSO₄溶液中銅離子物質(zhì)的量是：2mol，銅離子得電子的是4mol，若兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下），設(shè)均為nmol，則2n+4=4n，解得n=2，即裝置在轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是2mol，乙醇燃料電池的負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)：C₂H₆O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子是2mol，消耗乙醇的物質(zhì)的量是$\frac{1}{6}$mol，質(zhì)量是$\frac{1}{6}$mol×46g/mol=7.7g，復(fù)原C中溶液應(yīng)加入Cu（OH）₂
，根據(jù)銅元素守恒，加入的物質(zhì)的量是2mol，質(zhì)量是2mol×98g/mol=196g，
故答案為：7.7；Cu（OH）₂；196．
（4）陽極上：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上Cu²⁺+2e^-=Cu，當(dāng)電路中通過0.5mol電子后，陽極上消耗氫氧根離子0.25mol，陰極上析出金屬銅0.25mol，調(diào)換正負(fù)極繼續(xù)電解，此時陽極上金屬銅溶解，轉(zhuǎn)移電子0.5mol，金屬銅全部溶解，然后是2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，轉(zhuǎn)移0.5mol電子消耗氫氧根離子是0.25mol，陰極上發(fā)生反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，電路中再通過1.0mol電子，消耗銅離子是0.5mol，所以此時溶液中c（H⁺）為$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，故答案為：0.25mol/L．

點評 本題考查電解原理，明確Cu電極的質(zhì)量增加是解答本題的突破口，并明確發(fā)生的電極反應(yīng)及電子守恒即可解答，注意計算時電子守恒的應(yīng)用，題目難度中等．