Question

7．由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．
①该电池负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②若以该电池为电源，用石墨作电极电解200mL含有如下离子的溶液．

离子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/（mol•L-1）	0.5	2	2	0.5

电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象）．阳极上发生的电极反应为2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；阴极收集到的气体体积为（标准状况）6.72L．

Answer 1

分析 ①甲醇燃料电池中甲醇在负极失电子发生氧化反应，在碱溶液中生成碳酸盐；
②开始阶段，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，阳极电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体，且阳极生成氧气，则阴极还发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极还发生：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，阳极生成氯气为0.2mol，假设氧气为xmol，则氢气为（x+0.2）mol，根据电子转移守恒列方程计算解答．

解答 解：①该燃料电池中，电池的正极通入氧气，负极通入燃料甲醇，电解质是氢氧化钠溶液，正极O₂得到电子生成氢氧根离子：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极电极反应：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②溶液中n（Cu²⁺）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，n（H⁺）=0.2L×2mol/L=0.4mol，c（Cl^-）=0.2L×2mol/L=0.4mol，
开始阶段，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，阳极电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体，且阳极生成氧气，则阴极还发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极还发生：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，阳极生成氯气为0.2mol，假设氧气为xmol，则氢气为（x+0.2）mol，根据电子转移守恒，则0.1mol×2+（x+0.2）mol×2=0.2mol×2+xmol×4，解得x=0.1，故收集到的氢气为（0.1+0.2）mol=0.3mol，在标况下的体积为0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；6.72L．

点评 本题考查原电池、电解池工作原理，题目难度中等，注意电极反应式的书写以及离子的放电顺序，根据电路中转移的电子数目相等进行计算是解题的关键，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．