Question

【題目】如圖1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。工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同。

（1）甲中負極的電極反應式為____________。

（2）乙中B極為_____（填“陰極”或“陽極”），該電極上析出的氣體在標準狀況下的體積為____。

（3）丙裝置溶液中金屬陽離子的物質的量與轉移電子的物質的量變化關系如圖2，則圖中③線表示的是_________________（填離子符號）的變化；反應結束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要___________ mL 2. 0 mol/L NaOH溶液。

Answer 1

【答案】 CH3OH - 6e-＋ 8OH- = CO32- ＋ 6H2O 陰極 2. 24 L Cu2＋ 700

【解析】通入甲醇的一極為原電池的負極，發生氧化反應，甲醇在堿性條件下被氧化生成碳酸根離子；利用甲池作電源電解硫酸銅溶液、氯化鐵和氯化亞鐵的混合溶液，結合電極材料和離子的放電順序進行相關的判斷與計算，據此解答。

（1）甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發生氧化反應，電極反應為：CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O；（2）工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設生成氣體物質的量為x，溶液中銅離子物質的量為0.1mol，電極反應為：

Cu2+ + 2e-＝Cu

0.1mol 0.2mol

2H++2e-＝H2↑

2x x

A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為：

4OH--4e-=2H2O+O2↑

4x x

根據得失電子守恒得到0.2+2x=4x，解得x=0.1mol，乙中B極析出的氣體是氫氣，物質的量為0.1mol，在標準狀況下的體積為2.24L；（3）根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質的量減小，亞鐵離子增加，故①為Fe3+，②為Fe2+，③為Cu2+；由圖可知電子轉移為0.4mol，生成Cu2+物質的量為0.2mol，陰極電極反應Fe3++e-=Fe2+，反應結束后，溶液中有Fe2+為0.5mol，Cu2+為0.2mol，所以需要加入NaOH的物質的量為0.5×2+0.2×2＝1.4mol，所以所需NaOH溶液的體積為1.4mol÷2mol/L＝0.7L＝700mL。