Question

9．如圖是甲醇燃料電池工作的示意圖，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極．
Ⅰ．工作一段時(shí)間后，斷開(kāi)K，此時(shí)C電極質(zhì)量減少3.2g．
（1）甲中負(fù)極的電解反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O
（2）乙溶液此時(shí)離子濃度由大到小的順序是c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）
Ⅱ．連接K，繼續(xù)電解一段時(shí)間，當(dāng)A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同時(shí)
（3）乙中A極析出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L
（4）丙裝置溶液中金屬陽(yáng)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，則圖中②線(xiàn)表示的是Fe²⁺離子的變化；此時(shí)要使丙裝置中金屬陽(yáng)離子恰好完全沉淀，需要280mL 5.0moL/L NaOH溶液．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)，甲醇在負(fù)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(jì)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(jì)算離子濃度；
Ⅱ（3）A為陽(yáng)極，始終是氫氧根離子放電，B為陰極，開(kāi)始是銅離子放電，后來(lái)是氫離子放電，據(jù)電子守恒計(jì)算產(chǎn)生氣體體積；據(jù)硫酸根離子守恒計(jì)算所得硫酸溶液的物質(zhì)的量濃度；
（4）C電極為陽(yáng)極，D電極為陰極，根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽(yáng)離子，而根據(jù)丙的成分可知溶液中只有兩種金屬陽(yáng)離子，說(shuō)明在電解過(guò)程中還有Cu²⁺生成，因此C電極是Cu做陽(yáng)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(yáng)離子的物質(zhì)的量的變化確定曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的離子，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量計(jì)算．

解答 解：Ⅰ（1）甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)，甲醇在負(fù)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(dāng)電解硫酸銅溶液時(shí)，陰極反應(yīng)式為：Cu²⁺+2e^-=Cu，陽(yáng)極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，C極有3.2gCu即0.05mol溶解，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，B極反應(yīng)掉銅離子0.05mol，剩余銅離子0.05mol，硫酸根離子物質(zhì)的量沒(méi)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?yàn)椋篶（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-），
故答案為：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）；
Ⅱ（3）工作一段時(shí)間后，斷開(kāi)K，此時(shí)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(yáng)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(biāo)準(zhǔn)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(yáng)離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無(wú)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(jì)算得到電子轉(zhuǎn)移為0.2mol，當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為0.2mol時(shí)，丙中陽(yáng)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(gè)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(diǎn)評(píng) 本題綜合性較大，涉及燃料電池、離子濃度大小比較、電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)以及據(jù)電極反應(yīng)式的計(jì)算，為高考常見(jiàn)題型，難度較大．