Question

18．甲醇是一種重要的化工原料和新型燃料．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(shí)間后，斷開(kāi)K，此時(shí)A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同．

（1）甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（2）乙中A極析出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L．
（3）丙裝置溶液中金屬陽(yáng)離子的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量變化關(guān)系如圖2，則圖中②線表示的是Fe²⁺的變化；反應(yīng)結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽(yáng)離子恰好完全沉淀，需要280 mL 5.0mol•L^-1 NaOH溶液．

Answer 1

分析 （1）通入甲醇的一極為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在堿性條件下被氧化生成碳酸根離子；
（2）工作一段時(shí)間后，斷開(kāi)K，此時(shí)A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應(yīng)，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(yáng)極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣；陽(yáng)極電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算得到；
（3）C電極為陽(yáng)極，D電極為陰極，根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽(yáng)離子，而根據(jù)丙的成分可知溶液中只有兩種金屬陽(yáng)離子，說(shuō)明在電解過(guò)程中還有Cu²⁺生成，因此C電極是Cu做陽(yáng)極，D電極是石墨做陰極，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽(yáng)離子的物質(zhì)的量的變化確定曲線對(duì)應(yīng)的離子，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量計(jì)算．

解答 解：（1）甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（2）工作一段時(shí)間后，斷開(kāi)K，此時(shí)A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應(yīng)，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設(shè)生成氣體物質(zhì)的量為X，溶液中銅離子物質(zhì)的量為0.1mol，電極反應(yīng)為：
   Cu²⁺+2e^-=Cu，
0.1mol  0.2mol
2H⁺+2e^-=H₂↑，
     2x   x
A電極為陽(yáng)極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為：
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
    4x       x
根據(jù)得失電子守恒得到0.2+2x=4x，
x=0.1mol
乙中A極析出的氣體是氧氣，物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L，
故答案為：2.24L；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽(yáng)離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無(wú)增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，故①為Fe³⁺，②為Fe²⁺，③為Cu²⁺，
由圖可知電子轉(zhuǎn)移為0.4mol，生成Cu²⁺物質(zhì)的量為0.2mol，陰極電極反應(yīng)Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，反應(yīng)結(jié)束后，溶液中有Fe²⁺為0.5mol，Cu²⁺為0.2mol，所以需要加入NaOH溶液0.5×2+0.2×2=1.4mol，所以所需NaOH溶液的體積為$\frac{1.4}{5}$=0.28L=280mL，
故答案為：Fe²⁺；280．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合原電池電解原理以及級(jí)原電池知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，綜合性強(qiáng)，難度大，主要考查學(xué)生分析問(wèn)題的能力，是高考的熱點(diǎn)習(xí)題，答題時(shí)注意體會(huì)電極方程式的書寫．