Question

20．用甲醇燃料电池电解硫酸铜溶液的装置如图所示，其中X、Y、Z均为惰性电极．甲醇在燃料电池的X电极上产生质子：CH₃OH+H₂O-e^-→CO₂+H⁺（未配平）经质子交换膜到达Y电极；电解一段时间后，在U型管的溶液汇总加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃，反应后恰好恢复为电解前的硫酸铜溶液．则下列有关说法正确的是（　　）

• A． Y为燃料电池的正极，其电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
• B． 此电解过程中，Z电极上的反应始终为：2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑
• C． 电解过程中中铜电极不会被溶解，其原理为牺牲阳极的阴极保护法
• D． 电子沿着X→Cu→Z→Y路径移动，每个电极均通过0.6mole^-

Answer 1

分析 用甲醇燃料电池电解硫酸铜溶液的装置如图所示，左边为燃料原电池装置，X电极为负极，甲醇失电子发生氧化反应，反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺，Y电极为正极，氧气得电子发生还原反应，反应式为O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；右边为电解池，与X电极相连的铜为阴极，反应式先Cu²⁺+2e^-═Cu，后2H⁺+2e^-═H₂↑，与Y电极相连的Z为阳极，反应式2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，结合电路中得失电子守恒分析．

解答 解：用甲醇燃料电池电解硫酸铜溶液的装置如图所示，左边为燃料原电池装置，X电极为负极，甲醇失电子发生氧化反应，反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂↑+6H⁺，Y电极为正极，氧气得电子发生还原反应，反应式为O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；右边为电解池，与X电极相连的铜为阴极，反应式先Cu²⁺+2e^-═Cu，后2H⁺+2e^-═H₂↑，与Y电极相连的Z为阳极，反应式2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑；
A、根据以上分析，Y电极为正极，氧气得电子发生还原反应，反应式为O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，故A错误；
B、根据以上分析，Z为阳极，反应式2H₂O-4e^-═4H⁺+O₂↑，故B正确；
C、与X电极相连的铜为阴极，电解过程中中铜电极不会被溶解，所以其原理为有外加电源的阴极保护法，故C错误；
D、电子从负极到正极，沿着X→Cu→Z→Y路径移动，在U型管的溶液汇总加入0.1molCu₂（OH）₂CO₃，反应后恰好恢复为电解前的硫酸铜溶液，所以电解过程中共消耗了0.2molCuO和0.1mol水，根据电路中得失电子守恒，所以每个电极均通过0.2mol×2+0.1mol×2=0.6mole^-，故D正确；
故选BD．

点评 本题考查较为综合，涉及原电池和电解池原理，为高频考点，注意电极上电极反应式的书写，抓住电路中得失电子守恒计算，难度不大．