Question

4．圖1是甲醇燃燒電池工作的示意圖，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極．

（1）甲中負極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（2）工作一段時間后，若乙中生成銅3.2g，此時溶液中離子濃度由大到小的順序是c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）；
（3）電解結(jié)束后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，則乙中A極析出 的氣體在標準狀況下的體積為2.24L．
（4）丙裝置溶液中金屬陽離子的物質(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⁺離子的變化（寫離子符號）；反應(yīng)結(jié)束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要280mL 5.0mol/L NaOH溶液．

Answer 1

分析 （1）甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，注意電解質(zhì)溶液是堿性溶液；
（2）利用電子守恒，計算3.2g銅反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量，再據(jù)100mL1mol/L的硫酸銅溶液中含有溶質(zhì)的物質(zhì)的量和電解后生成硫酸的物質(zhì)的量計算離子濃度；
（3）A為陽極，始終是氫氧根離子放電，B為陰極，開始是銅離子放電，后來是氫離子放電，據(jù)電子守恒計算產(chǎn)生氣體體積；
（4）C電極為陽極，D電極為陰極，根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據(jù)丙的成分可知溶液中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此C電極是Cu做陽極，D電極是石墨做陰極，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化確定曲線對應(yīng)的離子，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量計算．

解答 解：（1）甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)，甲醇在負極失電子發(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）100mL1mol/L的硫酸銅溶液中含有銅離子0.1mo，硫酸根離子0.1mol，當電解硫酸銅溶液時，陰極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，陽極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，乙中生成銅3.2g即0.05mol溶，轉(zhuǎn)移電子0.1mol，A極反應(yīng)掉氫氧根離子0.1mol，生成氫離子0.1mol，剩余銅離子0.05mol，硫酸根離子物質(zhì)的量沒有變化，溶液中還存在水的電離平衡，所以離子濃度大小順序為：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-），
故答案為：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）；
（3）工作一段時間后，斷開K，此時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，2H⁺+2e^-=H₂↑；
0.1mol 0.2mol   2x      x
A電極為陽極，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
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，在標準狀況下的體積為2.24L；
故答案為：2.24L；
（4）根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，①為Fe³⁺，②為Fe²⁺，③為Cu²⁺，
依據(jù)（3）計算得到電子轉(zhuǎn)移為0.2mol，當電子轉(zhuǎn)移為0.2mol時，丙中陽極電極反應(yīng)Cu-2e-=Cu²⁺，生成Cu²⁺物質(zhì)的量為0.1mol，圖象分析每個單位為0.05mol，陰極電極反應(yīng)Fe³⁺+e^-=Fe²⁺，溶液中有Fe³⁺ 0.2mol，F(xiàn)e²⁺ 0.3mol，Cu²⁺為0.1mol，所以需要加入NaOH溶液1.4mol，所以NaOH溶液等體積為1.4mol5mol/L=0.28L=280ml，
故答案為：Fe²⁺；280．

點評 本題綜合性較大，題目涉及燃料電池、電解原理的應(yīng)用、離子濃度大小比較、電極反應(yīng)式書寫以及據(jù)電極反應(yīng)式的計算，題目難度中等，注意把握原電池和電解質(zhì)中電極方程式的書寫以及電子守恒在計算中的應(yīng)用．