Question

9．科學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）當乙池中某一電極析出金屬銅6.4g時，甲池中理論上消耗氧氣為多少1.12L．（標準狀況）
（3）若乙池中兩電極產(chǎn)生的氣體恰好相等時（假設(shè)標準狀況下），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^-，當轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2mol時，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（假設(shè)標準狀況下），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，甲醇燃料電池的負極上發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，當轉(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．

點評 本題綜合考查學生電解池和燃料電池的工作原理和計算等知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．