Question

15．某同學設計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖1：

（2）寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（3）理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如圖2所示（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式，原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為0.1mol/L．（設溶液體積不變）
（4）當向上述甲裝置中通入標況下的氧氣336mL時，理論上在鐵電極上可析出銅的質(zhì)量為1.28g．
（5）已知草酸H₂C₂O₄為弱酸．
①常溫下，下列事實能說明草酸是弱電解質(zhì)的是ABD．
A．向草酸鈉溶液加酚酞，溶液變紅
B．取一定量草酸溶液加水稀釋至10倍，pH變化小于1
C．草酸能使酸性KMnO₄溶液褪色
D．取相同pH的草酸溶液和鹽酸，分別加入足量的大小、形狀相同的鎂條，草酸溶液反應速度快
②常溫下，0.1mol•L^-1的草酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，所得溶液的pH為6，則c（HC₂O₄）+2c（C₂O₄^2-）=0.05+10^-6-10^-8（用準確的數(shù)學表達式表示）

Answer 1

分析 （2）在燃料電池的中，負極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，根據(jù)電解質(zhì)環(huán)境來書寫電極反應式；
（3）根據(jù)電解池的電極反應規(guī)律來書寫電解反應，結合電子守恒和離子的量的關系進行計算；
（4）根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算出氧氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)丙中圖象判斷銅離子的總物質(zhì)的量，最后根據(jù)m=nM計算出生成銅的質(zhì)量；
（5）①不完全電離的電解質(zhì)為弱電解質(zhì)，可以根據(jù)醋酸的電離程度及醋酸鈉溶液的酸堿性判斷醋酸的強弱；
②常溫下，0.1mol•L^-1的草酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，溶液中鈉離子濃度為0.05mol/L，氫離子濃度10^-6mol/L，氫氧根離子濃度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$=10^-8mol/L，結合溶液中電荷守恒計算．

解答 解：（2）在燃料電池的中，負極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，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；
（3）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前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₂點后電極反應式為：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）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
通甲醇的電極是負極，所以石墨電極是陰極，該極上發(fā)生的電極反應為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，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前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯氣為224ml，物質(zhì)的量為0.01mol，原溶液中氯化鈉物質(zhì)的量為0.02mol，氯化鈉濃度為：$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；0.1；
（4）標準狀況下336mL氧氣的物質(zhì)的量為：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，0.015mol氧氣完全反應得到電子的物質(zhì)的量為：0.015mol×4=0.06mol，
由丙中t₂時生成氧氣為112mL，則生成氧氣的物質(zhì)的量為：n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=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）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，
所以理論上在鐵電極上可析出銅的物質(zhì)的量為0.02mol，質(zhì)量為：64g/mol×0.02mol=1.28g，
故答案為：1.28；
（5）①A．向草酸鈉溶液加酚酞，溶液變紅說明溶液顯堿性，證明溶液中草酸根離子水解，證明草酸為弱酸，故A正確；
B．取一定量草酸溶液加水稀釋至10倍，pH變化小于1說明溶液中存在電離平衡，證明草酸為弱酸，故B正確；
C．草酸能使酸性KMnO₄溶液褪色是草酸的還原性，不能說明草酸為弱酸，故C錯誤；
D．取相同pH的草酸溶液和鹽酸，分別加入足量的大小、形狀相同的鎂條，草酸溶液反應速度快說明草酸存在電離平衡，證明草酸為弱酸，故D正確；
故答案為：ABD；
②常溫下，0.1mol•L^-1的草酸溶液與pH=13的NaOH溶液等體積混合，所得溶液的pH為6，溶液中鈉離子濃度為0.05mol/L，氫離子濃度10^-6mol/L，氫氧根離子濃度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$=10^-8mol/L，溶液中存在電荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-）+c（OH^-）則c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-）=0.05+10^-6-10^-8，
故答案為：0.05+10^-6-10^-8；

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、原電池和電解池工作原理，題目難度中等，注意掌握蓋斯定律的含義及應用方法，明確原電池、電解池工作原理為解答關鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．