Question

20．某化学兴趣小组在实验室利用质子酸甲醇燃料电池作电源，电解硫酸铜溶液．

请回答下列问题：
（1）通入氧气的电极为正极（填“正极”或“负极”），通入甲醇一极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．
（2）b电极上的现象为石墨电极表面有紫红色固体析出．
（3）假设硫酸铜溶液的体积为600mL（电解前后溶液的体积变化忽略不计），若消耗336mL（标准状况）O₂，则电解后硫酸铜溶液的pH为1．
（4）若a、b均换成铜电极，则电解一段时间后硫酸铜溶液的浓度不变（填“增大”“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）燃料电池中，通入燃料的电极是负极，通入氧气的电极是正极，燃料电池的负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应；
（2）燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应，根据电解质环境来回答；
（3）电解硫酸铜的总反应为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，据串联电路中电子守恒来计算生成的酸的物质的量，再计算氢离子浓度，得出pH；
（4）若a、b均换成铜电极，铜是活性电极，在阳极失电子产生铜离子，阴极是铜离子得电子，进入溶液中的铜离子与阴极消耗的铜离子恰好相等．

解答 解：（1）燃料电池中，通入燃料甲醇的电极是负极，通入氧气的电极是正极，燃料电池的负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，电解质环境是酸性，则电极反应为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺，
故答案为：正极；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；
（2）电解池中，和电源负极相连的极b是阴极，和电源正极相连的a极是阳极，电解硫酸铜溶液，在阴极上是铜离子得电子生成铜，该电极上有紫红色固体析出，
故答案为：石墨电极表面有紫红色固体析出；
（3）在燃料电池的正极上，正极反应为O₂↑+4H⁺+4e^-=2H₂O，当消耗336mL即0.015mol氧气时，转移电子物质的量是0.06mol，电解硫酸铜溶液是放氧生酸型，根据电解方程式2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄～4e^-可知转移电子0.06mol时，生成硫酸物质的量是0.03mol，氢离子物质的量为0.06mol，
则$c（{H}^{+}）=\frac{n（{H}^{+}）}{V}$=$\frac{0.06mol}{0.6L}$=0.1mol/L，pH=1，
故答案为：1；
（4）若a、b均换成铜电极，则阳极铜失电子生成铜离子，阴极是铜离子得电子析出铜，溶液中的铜离子浓度不变，
故答案为：不变．

点评 本题考查了原电池和电解池的工作原理的应用，注意把握电极名称、电极判断、电极反应、电池反应，题目难度中等，明确电子守恒在计算中的应用是解题的关键．