Question

6．如图1是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极．工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同．

（1）A极的名称是阳极（填“阳极”或“阴极”）；甲池发生氧化反应的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（2）上述装置消耗氧气的物质的量为0.1mol．
（3）乙装置中A极的电极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，．
（4）丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2，则图2中①线表示的是Fe³⁺变化；反应结束后，滴加2.0mol•L^-1NaOH溶液使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，过滤，将滤液蒸干得到固体的质量为73.1g．

Answer 1

分析 （1）A与燃料电池的正极相连，所以A是阳极；甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，注意电解质溶液是碱性溶液；
（2）工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气；A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气；阳极电极反应和电子守恒计算得到；
（3）A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（4）C电极为阳极，D电极为阴极，根据丙图可知溶液中有三种金属阳离子，而根据丙的成分可知溶液中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu²⁺生成，因此C电极是Cu做阳极，D电极是石墨做阴极，根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化确定曲线对应的离子；反应结束后铁元素全部转化为亚铁，所以滴加2.0mol•L^-1NaOH溶液得氢氧化亚铁，过滤，将滤液蒸干过程中氢氧化亚铁易被氧化成氢氧化铁，据B电子转移的物质的量应该为0.4mol，生成Cu²⁺应为0.2mol，横轴，纵轴每个单位都是0.1mol，且此时溶液中铜离子0.2mol，三价铁离子无，亚铁离子根据图象总量应为0.5mol，所以氢氧化铁的物质的量为0.5mol，所以质量为：0.5×107=53.5g．

解答 解：（1）A与燃料电池的正极相连，所以A是阳极；甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：阳极；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（2）工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为X，溶液中铜离子物质的量为0.1mol，电极反应为：
  Cu²⁺+2e^-=Cu，2H⁺+2e^-=H₂↑；
0.1mol 0.2mol     2x        x
A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：
4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
4x            x
得到0.2+2x=4x
x=0.1mol
乙中A极析出的气体是氧气物质的量为0.1mol，
故答案为：0.1mol；
（3）A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（4）根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无增多，铁离子物质的量减小，亚铁离子增加，①为Fe³⁺，②为Fe²⁺，③为Cu²⁺，反应结束后铁元素全部转化为亚铁，所以滴加2.0mol•L^-1NaOH溶液得氢氧化亚铁，过滤，将滤液蒸干过程中氢氧化亚铁易被氧化成氢氧化铁，据B电子转移的物质的量应该为0.4mol，生成Cu²⁺应为0.2mol，横轴，纵轴每个单位都是0.1mol，且此时溶液中铜离子0.2mol，三价铁离子无，亚铁离子根据图象总量应为0.5mol，所以氢氧化铁的物质的量为0.5mol，所以质量为：0.5×107=53.5g，氢氧化铜的物质的量为0.2mol，所以质量为：0.2×98=19.6g，所以固体的质量为19.6g+53.5g=73.1g，故答案为：Fe³⁺；73.1g．

点评 本题综合原电池电解原理以及原电池知识，综合性强，题目难度中等，主要考查学生分析问题和解决问题的能力，是高考的热点习题，注意电子守恒的应用．