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19.燃料电池具有广阔的发展前途,科学家近年研制出一种微型的燃料电池,采用甲醇取代氢气做燃料可以简化电池设计,该电池有望取代传统电池.某学生在实验室利用碱性甲醇燃料电池电解Na2SO4溶液.
请根据图示回答下列问题:
(1)图中a电极是阳(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”).该电极上发生的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O.
(2)碱性条件下,通入甲醇的一极发生的电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O.
(3)当消耗3.36L氧气时(已折合为标准状况),理论上电解Na2SO4溶液生成气体的总物质的量是0.45mol.
(4)若a、b电极材料分别为铁和石墨,则电解总反应化学方程式为2Fe+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe(OH)2+H2↑.

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,电解池中,和电源负极相连的极是阴极,和电源正极相连的是阳极;
(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)根据串联电路电子守恒来计算回答;
(4)若a、b电极材料分别为铁和石墨,则铁是阳极,石墨是阴极,阳极铁放电生成亚铁离子,阴极水放电生成氢气,亚铁离子与氢氧根离子结合成氢氧化亚铁,由此分析解答.

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,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,电解硫酸钠溶液,在阳极上是氢氧根离子发生失电子的氧化反应,该电极上发生的电极反应式为:4OH--4e-=O2↑+2H2O,
故答案为:阳;4OH--4e-=O2↑+2H2O;
(2)燃料电池的负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应,电解质环境是碱性,则电极反应为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,
故答案为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O;
(3)在燃料电池的正极上,正极反应:O2↑+4H++4e-=2H2O,当消耗3.36L即0.15mol氧气时(已折合为标准状况),转移电子的量是0.6mol,电解Na2SO4溶液的实质是电解水,根据电解方程式:2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H2↑+O2↑,转移电子的量是0.6mol时,生成气体的物质的量是0.45mol,
故答案为:0.45;
(4)若a、b电极材料分别为铁和石墨,则铁是阳极,石墨是阴极,阳极铁放电生成亚铁离子,阴极水放电生成氢气,亚铁离子与氢氧根离子结合成氢氧化亚铁,所以总的电极反应式为:2Fe+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe(OH)2+H2↑,故答案为:2Fe+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Fe(OH)2+H2↑.

点评 本题考查电化学知识的综合考查题,注意原电池和电解池的工作原理是解题关键,难度不大.

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A.2B.4C.6D.8

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