Question

某同學設(shè)計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL—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（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），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。（假設(shè)溶液體積不變）
（3）電解至t₃時，消耗水的質(zhì)量為         g。

Answer 1

（1）CH₃OH-6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O（2分）
（2）4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O （2分）   0.1（2分）    0.1（2分）
(3)0.72 （2分）

（1）甲圖為甲醇燃料電池， 2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O ①
CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O   ②
①+②×2，得：甲醇燃料電池的總化學反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=6H₂O+2K₂CO₃
總離子反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=6H₂O+2CO₃^2-
（+）：O₂+2H₂O+4e^－=4OH^－
（-）=總離子反應(yīng)-（+）×3，得：2CH₃OH+16OH^－-12e^－=12H₂O+2CO₃^2-
化簡，得：CH₃OH - 6e^－+ 8OH^－ = CO₃^2－+ 6H₂O
（2）乙圖為電解池，鐵片接甲圖的負極，故鐵片做電解池的陰極；
石墨棒接甲圖的正極，故石墨棒做電解池的陽極；
溶液中陰離子（Cl^-、OH^-、SO₄^2-）移向陽極,且放電順序為：Cl^-＞OH^-＞SO₄^2-，
電極反應(yīng)為：先2Cl^--2e^-=Cl₂↑，后4OH^--4e^－=O₂↑+2H₂O
陽離子（Cu²⁺、H⁺、Na⁺）移向陰極,且放電順序為：Cu²⁺＞H⁺＞Na⁺，
電極反應(yīng)為：先Cu²⁺+2e^-=Cu，后2H⁺+2e^-=H₂↑
故丙圖中，I線對應(yīng)陰極（鐵片）的反應(yīng)，II線對應(yīng)陽極（石墨棒）的反應(yīng)；
分析丙圖：到t₁時，生成V（Cl₂）=224ml，標準狀況下n(Cl₂)="0.01" mol，
2Cl^--2e^-=Cl₂↑
2       1
n(Cl^-)   0.01mol，則n(Cl^-)= 0.02mol，C（NaCl）="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L；
V（O₂）="672ml-224ml=448" ml，標準狀況下n(O₂)="0.02" mol，故陽極失電子的物質(zhì)的量為：
2Cl^-- 2e^- = Cl₂↑       4OH^-- 4e^－ = O₂↑+2H₂O
2     1                4    1
0.02mol  0.01mol       0.08mol 0.02mol
兩極電子轉(zhuǎn)移守恒（均為0.02mol+ 0.08mol=0.1mol），則陰極得電子的物質(zhì)的量為：
V（H₂）="672ml," 標準狀況下n(H₂)=0.03mol，
2H⁺+ 2e^- = H₂↑             故  Cu²⁺ + 2e^- =Cu
2    1                      1    2
0.06mol 0.03mol             0.02mol 0.04mol
C（CuSO₄）="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L；
（3）2H₂O=2H₂↑+O₂↑
36g      1mol
0.72g    0.02mol