Question

18．Ⅰ．摩托羅拉公司開發(fā)了一種以甲醇為原料，以KOH為電解質(zhì)的用于手機(jī)的可充電的高效燃料電池，充一次電可以連續(xù)使用一個(gè)月．已知該電池的總反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4KOH$?_{充電}^{放電}$2K₂CO₃+6H₂O


請(qǐng)?zhí)羁眨?br />（1）放電時(shí)：負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
Ⅱ．如圖1所示，A為電源，B為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO₄溶液，C、D為電解槽，其電極材料及電解質(zhì)溶液見圖2．
（1）關(guān)閉K₁，打開K₂，通電后，B的KMnO₄紫紅色液滴向c端移動(dòng)，則電源b端為負(fù)極，通電一段時(shí)間后，觀察到濾紙d端的電極反應(yīng)式是：2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）已知C裝置中溶液為Cu（NO₃）₂和X（NO₃）₃，且均為0.1mol，打開K₁，關(guān)閉K₂，通電一段時(shí)間后，陰極析出固體質(zhì)量m（g）與通過(guò)電子的物質(zhì)的量n（mol）關(guān)系如右圖所示．則Cu²⁺、X³⁺、H⁺氧化能力由大到小的順序是Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；D裝置中溶液是H₂SO₄，則電極C端的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：在C端開始時(shí)有無(wú)色無(wú)味氣體產(chǎn)生，一段時(shí)間后有紅色物質(zhì)析出．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）原電池中負(fù)極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應(yīng)生成碳酸根離子；
Ⅱ．（1）關(guān)閉K₁，打開K₂，為電解飽和食鹽水裝置，通電后，B的KMnO₄紫紅色液滴向c端移動(dòng)，根據(jù)電解池工作原理可知陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)判斷電源的正負(fù)極并書寫d端的電極反應(yīng)式；
（2）打開K₁，關(guān)閉K₂，則為電解C、D兩池，根據(jù)電解C的圖象可知，開始即析出固體，總共0.2mol電子通過(guò)時(shí)，析出固體質(zhì)量達(dá)最大，證明此時(shí)析出的固體是銅，此后，繼續(xù)有電子通過(guò)，不再有固體析出，說(shuō)明X³⁺不放電，H⁺放電，從而判斷離子氧化性；D裝置中溶液是H₂SO₄，電極C端與b負(fù)極相連即為陰極，開始?xì)潆x子得電子生成氫氣，后陽(yáng)極的銅失電子生成銅離子進(jìn)入陰極在陰極析出，據(jù)此分析

解答 解：Ⅰ．（1）原電池放電時(shí)，甲醇失電子被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
Ⅱ．（1）據(jù)題意B的KMnO₄紫紅色液滴向c端移動(dòng)，說(shuō)明高錳酸根離子向c端移動(dòng)，可推出極c端為陽(yáng)極，則與之相連的電源a端為正極，b端為負(fù)極，所以通電濾紙d端為陰極，電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案為：負(fù)；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）根據(jù)電解C的圖象可知，通電后就有固體生成，當(dāng)通過(guò)電子為0.2mol時(shí)，析出固體質(zhì)量達(dá)最大，證明此時(shí)析出的固體是銅．如果是X³⁺析出，電子數(shù)應(yīng)該是0.3mol，則氧化能力為Cu²⁺＞X³⁺，當(dāng)電子超過(guò)0.2mol時(shí)，固體質(zhì)量沒(méi)變，說(shuō)明這是陰極產(chǎn)生的是氫氣，即電解水，說(shuō)明氧化能力H⁺＞X³⁺，故氧化能力為Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；
D裝置中溶液是H₂SO₄，電極C端與b負(fù)極相連即為陰極，開始為氫離子得電子生成氫氣，后陽(yáng)極的銅失電子生成銅離子進(jìn)入陰極在陰極析出，所以看到的現(xiàn)象為在C端開始時(shí)有無(wú)色無(wú)味氣體產(chǎn)生，一段時(shí)間后有紅色物質(zhì)析出；故答案為：Cu²⁺＞H⁺＞X³⁺；在C端開始時(shí)有無(wú)色無(wú)味氣體產(chǎn)生，一段時(shí)間后有紅色物質(zhì)析出．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查電解原理以及根據(jù)圖象獲取信息、運(yùn)用知識(shí)綜合分析能力，根據(jù)KMnO₄紫紅色液滴向c端移動(dòng)判斷電源的正負(fù)極為解答該題的關(guān)鍵，注意電極方程式的判斷，為易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等．