Question

（2010?大連二模）燃料電池是一種連續的將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電池，除氫氣外，烴、肼、甲醇等液體或氣體，均可以作燃料電池的燃料．請回答下列問題：
（1）以甲烷和氧氣為原料，氫氧化鈉溶液為電解質溶液構成電池．寫出其正極反應式

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
（2）以上述電池為電源，通過導線與圖1電解池相連．
（Ⅰ）X、Y為石墨，a為1L0.1mol/L的氯化鉀溶液，寫出電解總反應的離子方程式

2Cl^-+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-

．
（II）X、Y分別為鐵、銅，a為1L0.1mol/L硫酸銅溶液，寫出X電極反應式

Cu²⁺+2e^-=Cu

．

（3）室溫時，按（I）電解一段時間后，取25mL上述電解后溶液，滴加0.2mol/L醋酸得到圖2（不考慮能量損失和氣體溶于水，溶液體積變化忽略不計）．
①結合圖2計算消耗標準狀況下甲烷

280

mL．
②若圖2的B點pH=7，則酸堿恰好完全反應的點是

AB

區間（填“AB”、“BC”或“CD”）．
③AB區間溶液中各離子濃度大小關系是

c（K⁺）＞c（OH^-）＞c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）或c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）或 c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）=c（OH^-）＞c（H⁺）

．

Answer 1

分析：（1）燃料電池的正極發生得電子的還原反應；
（2）（Ⅰ）根據電解池的工作原理來書寫電解方程式；
（Ⅱ）和電源的負極相連的是電解池的陰極，該極上是電解質的陽離子發生得電子的還原反應；
（3）①根據獲得氫氧化鉀的物質的量來確定轉移電子的量，根據電子守恒來計算消耗標準狀況下甲烷的體積；
②根據溶液顯中性來確定酸堿恰好完全反應的點；
③根據AB區間溶液的組成情況來確定溶液中離子濃度的大小．

解答：解：（1）燃料電池的正極是氧氣發生得電子的還原反應，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（2）（Ⅰ）根據電解池的工作原理：陽極上是氯離子發生失電子的反應，陰極上是氫離子得電子的反應，總反應為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，故答案為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-；
（Ⅱ）和電源的負極相連的是電解池的陰極，該極上是電解質的陽離子銅離子發生得電子的還原反應，
即Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）①根據圖示，開始溶液的PH為13，所以氫氧化鉀的濃度是0.1mol/L，物質的量是0.1mol，根據電解方程式：
2Cl^-+2H₂O

通電  .

Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，轉移電子的物質的量是0.1mol，根據電子守恒，轉移0.1mol電子消耗標準狀況下甲烷的物質的量為0.0125mol，體積為280mL，故答案為：280；
②25mL0.1mol/L的氫氧化鈉和0.2mol/L醋酸恰好完全反應時，消耗醋酸的體積是12.5mL，即B點的體積值是12.5mL，此時生成的醋酸鈉溶液顯堿性，當溶液顯中性時，則醋酸的量應該大于12.5mL，所以酸堿恰好完全反應的點處于AB之間，故答案為：AB；
③AB區間的溶液可以是加入醋酸的量很少時的點，也可以是醋酸和氫氧化鈉恰好完全反應的點，還可以是醋酸稍過量，溶液仍是堿性時的點，即c（K⁺）＞c（OH^-）＞c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）（醋酸量很少）或c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）（恰好反應）或 c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）=c（OH^-）＞c（H⁺）（溶液顯中性的）．
故答案為：c（K⁺）＞c（OH^-）＞c（CH₃COO^-）＞c（H⁺）或c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）或 c（K⁺）＞c（CH₃COO^-）=c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評：本題既考查了原電池和電解池的工作原理又考查了溶液中酸和堿反應后離子濃度大小比較知識，綜合性較強，難度大．