Question

1．随着科学技术的进步，人们研制了多种甲醇质子交换膜燃料电池，以满足不同的需求．
（1）如图是某笔记本电脑用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图．甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为：2CH₃OH+3O₂═2CO₂+4H₂O．则d电极是正极（填“正极”或“负极”），
该电极上发生的电极反应式是O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，电池每提供1mole^-，消耗标准状况下氧气的体积是5.6L．
（2）将上述甲醇质子交换膜燃料电池连接惰性电极电解足量的硫酸铜溶液，电解的总反应方程式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，通电一段时间后，某电极质量增加1.92g，则燃料电池中消耗的甲醇质量为0.32g，若要将硫酸铜溶液恢复到电解前的浓度，可加入的物质是CuO或CuCO₃．

Answer 1

分析 （1）原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，根据电子流向知，c是负极、d是正极；根据图知，电解质溶液呈酸性，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水；根据氧气和转移电子之间关系式计算氧气体积；
（2）用惰性电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气、阴极上铜离子放电生成Cu；
阴极上析出Cu，所以电解过程中阴极质量增加，体积转移电子相等计算消耗甲醇质量；
根据“析出什么加入什么”原则确定需要加入物质成分．

解答 解：（1）原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，根据电子流向知，c是负极、d是正极；根据图知，电解质溶液呈酸性，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；根据氧气和转移电子之间关系式得氧气体积=$\frac{1mol}{4}×22.4L/mol$=5.6L；
故答案为：正极；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；5.6L；
（2）用惰性电极电解硫酸铜溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气、阴极上铜离子放电生成Cu，所以电池反应式为2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
电一段时间后，某电极质量增加1.92g，该电极是阴极，析出的是Cu单质，n（Cu）=$\frac{1.92g}{64g/mol}$=0.03mol，根据转移电子相等计算消耗甲醇质量=$\frac{0.03mol×2}{6}$=0.32g；
要使电解后的溶液恢复原状，采用“析出什么加入什么”原则确定加入物质，电解硫酸铜溶液时，阳极上析出氧气、阴极上析出Cu，所以相当于析出CuO，还可以加入碳酸铜，因为碳酸铜和稀硫酸反应生成硫酸铜和二氧化碳、水，所以还相当于加入CuO，要使溶液恢复原状可以加入CuO或CuCO₃，故答案为：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ 2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；0.32 g；CuO或CuCO₃．

点评 本题考查化学电源新型电池电极反应式的书写、化学反应有关计算等知识点，为高频考点，明确各个电极上发生的反应及各个关系式之间关系是解本题关键，注意（2）题加入碳酸铜也能使溶液恢复原状，但加入氢氧化铜不能使溶液恢复原状，为易错点．