Question

某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖：

（1）寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式

 

．
（2）理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如丙圖所示（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式

 

，原混合溶液中 NaCl的物質(zhì)的量濃度為

 

mol/L，CuSO₄的物質(zhì)的量濃度為

 

mol/L．（設(shè)溶液體積不變）
（3）電解至t₃時，消耗水的質(zhì)量為

 

g．

Answer 1

考點(diǎn)：原電池和電解池的工作原理,電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性條件下生成碳酸根離子與水；
（2）電池通入肼甲醇的為負(fù)極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，依據(jù)生成的遷移體積計(jì)算物質(zhì)的量得到氯化鈉物質(zhì)的量計(jì)算濃度，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，根據(jù)氧氣的量計(jì)算氫氧根離子的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算CuSO₄的物質(zhì)的量濃度；
（3）電解至t₃時，電解生成氧氣為672-224mL=448mL，均來源于水，結(jié)合電解方程式計(jì)算．

解答： 解：（1）在燃料電池的中，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，甲醇失電子的過程為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（2）石墨為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
由圖可知，產(chǎn)生氯氣為224mL，則由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=

0.224L

22.4L/mol

×2=0.02mol，所以c（NaCl）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，
由t₂時生成氧氣為112mL，n（O₂）=

0.112L

22.4L/mol

=0.005mol，則共轉(zhuǎn)移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根據(jù)電子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=

0.04mol

2

=0.02mol，所以c（CuSO₄）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；0.1；0.1；            
（3）電解至t₃時，電解生成氧氣為672-224mL=448mL，均來源于水，由2H₂O

電解  .

O₂↑+2H₂↑，n（O₂）=

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，所以電解水的質(zhì)量為0.04mol×18g/mol=0.72g，
故答案為：0.72．

點(diǎn)評：本題考查電解原理，明確發(fā)生的電極反應(yīng)及圖圖象的對應(yīng)關(guān)系是解答本題的關(guān)鍵，注意（3）中計(jì)算電解水的質(zhì)量可利用生成氧氣的體積直接計(jì)算，題目難度中等．