Question

【題目】直接甲醇燃料電池 (DMFC) 具備低溫快速啟動、燃料潔凈環(huán)保以及電池結(jié)構(gòu)簡單等特性。這使得直接甲醇燃料電池(DMFC)可能成為未來便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用的主流。如圖以甲醇為燃料的新型電池是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。回答下列問題：

（1）如圖中的B極上的電極反應(yīng)式為______。

（2）若用上述甲醇燃料電池做電源，用惰性電極電解100mL，5mol·L-1硫酸銅溶液，當(dāng)陽極收集到3.36L(標準狀況)氣體時，消耗甲醇的質(zhì)量為____g，此時可向電解后的溶液中加入_____使溶液復(fù)原。請寫出電解硫酸銅溶液的電解反應(yīng)化學(xué)方程式____。

（3）若用上述甲醇燃料電池做電源，用石墨做電極在一定條件下電解飽和食鹽水制取NaOH。

①如圖電解池的電極a接甲醇燃料電池的_____極( 填A(yù)或B) ，寫出陽極的電極反應(yīng)式：_____。假設(shè)電解時還產(chǎn)生一種黃綠色氣體二氧氯(ClO2)，寫出陽極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式_________。

②電解一段時間，當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為224 mL(標準狀況)時，停止電解。通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為_________mol。

Answer 1

【答案】CH3OH+O2-—6e-===CO2+4H+； 3.2g CuO或CuCO3 2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑ A 2Cl-—2e-═Cl2↑ 2H2O+Cl-—5e-===ClO2+4H+ 0.02mol

【解析】

（1）根據(jù)圖示，B是負極，甲醇在B極上失電子生成二氧化碳和氫離子；

（2）用惰性電極電解100mL 5mol·L-1硫酸銅溶液，陽極生成氧氣，陰極生成銅；當(dāng)陽極收集到3.36L(標準狀況)氧氣時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.6mol；根據(jù)得失電子守恒計算消耗甲醇的質(zhì)量；當(dāng)陽極收集到0.15mol氧氣時，陰極得到0.3molCu，根據(jù)元素守恒分析向電解后的溶液中加入的物質(zhì)；

（3）①根據(jù)鈉離子移動方向可知a是陽極；陽極是氯離子失電子生成氯氣；氯離子在陽極失電子可以產(chǎn)生ClO2；

②電解氯化鈉溶液時，陰極產(chǎn)生的氣體是氫氣。

（1）根據(jù)圖示，B是負極，甲醇在B極上失電子生成二氧化碳和氫離子，B電極反應(yīng)式是CH3OH+O2-—6e-===CO2+4H+；

（2）用惰性電極電解100mL 5mol·L-1硫酸銅溶液，陽極生成氧氣，當(dāng)陽極收集到3.36L(標準狀況)氧氣時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.6mol；設(shè)消耗甲醇的質(zhì)量為xg，根據(jù)得失電子守恒；

CH3OH+O2-—6e-===CO2+4H+

32g 6mol

Xg 0.6mol

X=3.2g

當(dāng)陽極收集到0.15mol氧氣時，陰極得到0.3molCu，根據(jù)元素守恒,向電解后的溶液中加入0.3molCuO可使電解后的溶液復(fù)原；

電解硫酸銅溶液的總反應(yīng)化學(xué)方程式是2CuSO4+2H2O 2H2SO4+2Cu+O2↑；

（3）根據(jù)鈉離子移動方向可知a是陽極，與原電池的正極相連，a接甲醇燃料電池的A極；陽極是氯離子失電子生成氯氣，電極反應(yīng)式是2Cl-—2e-═Cl2↑；氯離子在陽極失電子產(chǎn)生ClO2，電極反應(yīng)式是2H2O+Cl-—5e-===ClO2+4H+；

②當(dāng)陰極產(chǎn)生的氫氣體積為224 mL(標準狀況)（0.01mol）時，轉(zhuǎn)移電子0.02mol，根據(jù)電荷守恒，通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.02mol。