Question

與甲醇燃料電池相比，乙醇燃料電池具有毒性低、理論能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛認(rèn)為是更有前途的燃料電池．如圖是一個(gè)乙醇燃料電池工作時(shí)的示意圖．乙池中的兩個(gè)電極均為石墨電極，乙池中盛有100mL 3.00mol/L的CuSO₄溶液．請(qǐng)回答下列問題：
（1）甲池中O₂所在電極為

 

極，乙池中M為

 

極
（2）N的電極反應(yīng)式為

 

．
（3）在此過程中，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

 

升（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
（4）在此過程中，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

 

克乙醇．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）燃料電池中氧氣為正極反應(yīng)物，燃料為負(fù)極反應(yīng)物，與原電池的負(fù)極相連為陰極；
（2）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)；
（3）根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來計(jì)算；
（4）根據(jù)電極反應(yīng)式結(jié)合電子守恒來計(jì)算．

解答： 解：（1）燃料電池中氧氣為正極反應(yīng)物，燃料為負(fù)極反應(yīng)物，與原電池的負(fù)極相連為陰極，則M與負(fù)極相連為陰極；
故答案為：正；陰；
（2）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，該極上電極反應(yīng)為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，故答案為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
（3）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：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，陰極上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，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1.2mol，消耗乙醇的物質(zhì)的量是0.1mol，質(zhì)量是0.1mol×46g/mol=4.6g，
故答案為：4.6．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池原理和電解池原理的應(yīng)用，注意根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量相等結(jié)合電極方程式計(jì)算分析，題目難度中等．