Question

19．如图是甲醇燃料电池工作的示意图1，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．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，则下列说法错误的是（　　）

• A． 负极的电极反应式是：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O
• B． 乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为1.12 L
• C． 右图中②线表示的是Fe²⁺离子的变化
• D． 反应结束后，要使丙装置溶液中金属阳离子恰好完全沉淀，需要280 mL 5.0 mol/L NaOH溶液

Answer 1

分析 A．甲是原电池，通入甲醇的电极是负极，负极上甲醇三衢道中和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；
B．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；
C．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；
D．结合转移电子的物质的量计算．

解答 解：A．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：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故A正确；
B．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，在标准状况下的体积为2.24L，故B错误；
C．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⁺，
故C正确；
D．依据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，根据电荷守恒，当溶液中所有阳离子完全沉淀时，所需氢氧根离子物质的量=（0.2×2+0.5×2）mol=1.4mol，所以，V（NaOH）=1.4/5L=0.28L，故D正确；
故选B．

点评 本题考查原电池和电解池原理，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，注意结合转移电子守恒进行计算，题目难度中等．