Question

15．某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图1：

（2）写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（3）理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示（已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后，石墨电极上的电极反应式，原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为0.1mol/L．（设溶液体积不变）
（4）当向上述甲装置中通入标况下的氧气336mL时，理论上在铁电极上可析出铜的质量为1.28g．
（5）已知草酸H₂C₂O₄为弱酸．
①常温下，下列事实能说明草酸是弱电解质的是ABD．
A．向草酸钠溶液加酚酞，溶液变红
B．取一定量草酸溶液加水稀释至10倍，pH变化小于1
C．草酸能使酸性KMnO₄溶液褪色
D．取相同pH的草酸溶液和盐酸，分别加入足量的大小、形状相同的镁条，草酸溶液反应速度快
②常温下，0.1mol•L^-1的草酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH为6，则c（HC₂O₄）+2c（C₂O₄^2-）=0.05+10^-6-10^-8（用准确的数学表达式表示）

Answer 1

分析 （2）在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，根据电解质环境来书写电极反应式；
（3）根据电解池的电极反应规律来书写电解反应，结合电子守恒和离子的量的关系进行计算；
（4）根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出氧气的物质的量，再根据丙中图象判断铜离子的总物质的量，最后根据m=nM计算出生成铜的质量；
（5）①不完全电离的电解质为弱电解质，可以根据醋酸的电离程度及醋酸钠溶液的酸碱性判断醋酸的强弱；
②常温下，0.1mol•L^-1的草酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，溶液中钠离子浓度为0.05mol/L，氢离子浓度10^-6mol/L，氢氧根离子浓度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$=10^-8mol/L，结合溶液中电荷守恒计算．

解答 解：（2）在燃料电池的中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，甲醇失电子的过程为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（3）石墨为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₂点后电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，所以c（NaCl）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
通甲醇的电极是负极，所以石墨电极是阴极，该极上发生的电极反应为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl^-在阳极放电生成氯气，阴极Cu²⁺放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--4e^-=Cl₂↑，生成氯气为224ml，物质的量为0.01mol，原溶液中氯化钠物质的量为0.02mol，氯化钠浓度为：$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；0.1；
（4）标准状况下336mL氧气的物质的量为：$\frac{0.336L}{22.4L/mol}$=0.015mol，0.015mol氧气完全反应得到电子的物质的量为：0.015mol×4=0.06mol，
由丙中t₂时生成氧气为112mL，则生成氧气的物质的量为：n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，则共转移电子为：0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根据电子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，
所以理论上在铁电极上可析出铜的物质的量为0.02mol，质量为：64g/mol×0.02mol=1.28g，
故答案为：1.28；
（5）①A．向草酸钠溶液加酚酞，溶液变红说明溶液显碱性，证明溶液中草酸根离子水解，证明草酸为弱酸，故A正确；
B．取一定量草酸溶液加水稀释至10倍，pH变化小于1说明溶液中存在电离平衡，证明草酸为弱酸，故B正确；
C．草酸能使酸性KMnO₄溶液褪色是草酸的还原性，不能说明草酸为弱酸，故C错误；
D．取相同pH的草酸溶液和盐酸，分别加入足量的大小、形状相同的镁条，草酸溶液反应速度快说明草酸存在电离平衡，证明草酸为弱酸，故D正确；
故答案为：ABD；
②常温下，0.1mol•L^-1的草酸溶液与pH=13的NaOH溶液等体积混合，所得溶液的pH为6，溶液中钠离子浓度为0.05mol/L，氢离子浓度10^-6mol/L，氢氧根离子浓度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$=10^-8mol/L，溶液中存在电荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-）+c（OH^-）则c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-）=0.05+10^-6-10^-8，
故答案为：0.05+10^-6-10^-8；

点评 本题考查了盖斯定律的应用、原电池和电解池工作原理，题目难度中等，注意掌握盖斯定律的含义及应用方法，明确原电池、电解池工作原理为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．