Question

9．科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇和水，并開發(fā)出以甲醇為燃料的燃料電池．已知圖甲池為甲醇燃
料電池；乙池中的兩個(gè)電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL 3.00mol．L^-1的CuSO₄溶液．請回答下列問題：
（1）M的電極反應(yīng)式為Cu²⁺+2e^-=Cu．
（2）當(dāng)乙池中某一電極析出金屬銅6.4g時(shí)，甲池中理論上消耗氧氣為多少1.12L．（標(biāo)準(zhǔn)狀況）
（3）若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時(shí)（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下），理論上需通入6.4g甲醇．

Answer 1

分析 （1）燃料電池的正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，負(fù)極上是燃料失電子的還原反應(yīng)，電解池中，和電源的正極相連的是陽極，該極上發(fā)生氧化反應(yīng)，和電源的負(fù)極相連的是陰極，該極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（2）乙池中M電極的電極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，燃料電池的正極上發(fā)生電極反應(yīng)：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來計(jì)算；
（3）乙池中發(fā)生的反應(yīng)分別是：陽極上：4OH^-=O₂↑+2H₂O+4e^-，陽極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，甲醇燃料電池的負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來計(jì)算．

解答 解：（1）燃料電池的正極上是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電解池中，和電源的正極相連的是陽極，該極上發(fā)生氧化反應(yīng)，所以N是陽極，M是陰極，M極上電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
（2）乙池中M電極析出金屬銅6.4g，根據(jù)電極反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，析出金屬銅6.4g即0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2mol，在燃料電池的正極上發(fā)生電極反應(yīng)：
O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2mol時(shí)，消耗氧氣的物質(zhì)的量是0.05mol，體積是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案為：1.12；
（3）乙池中發(fā)生的反應(yīng)分別是：陽極上：4OH^-=O₂↑+2H₂O+4e^-，陽極上Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑，100mL3.00mol•L^-1的CuSO₄溶液中銅離子物質(zhì)的量是：0.3mol，銅離子得電子的是0.6mol，若兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時(shí)（假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀況下），設(shè)均為nmol，則2n+0.6=4n，解得n=0.3，即裝置在轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是1.2mol，甲醇燃料電池的負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子是1.2mol，消耗甲醇的物質(zhì)的量是0.2mol，質(zhì)量是0.2mol×32g/mol=6.4g，
故答案為：6.4．

點(diǎn)評 本題綜合考查學(xué)生電解池和燃料電池的工作原理和計(jì)算等知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．