问题 计算题

某同学设计了一个甲醇燃料电池,并用该电池电解200mL—定浓度NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图:

(1)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式                                 

(2)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积),写出在t1后,石墨电极上的电极反应式                ,原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为            mol/L,CuSO4的物质的量浓度为          mol/L。(假设溶液体积不变)

(3)电解至t3时,消耗水的质量为         g。

答案

(1)CH3OH-6e+8OH=CO32+6H2O(2分)

(2)4OH--4e=O2↑+2H2O (2分)   0.1(2分)    0.1(2分)

(3)0.72 (2分)

(1)甲图为甲醇燃料电池, 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O ①

CO2+2KOH=K2CO3+H2O   ②

①+②×2,得:甲醇燃料电池的总化学反应为:2CH3OH+3O2+4KOH=6H2O+2K2CO3

总离子反应为:2CH3OH+3O2+4OH-=6H2O+2CO32-

(+):O2+2H2O+4e=4OH

(-)=总离子反应-(+)×3,得:2CH3OH+16OH-12e=12H2O+2CO32-

化简,得:CH3OH - 6e+ 8OH = CO32+ 6H2O

(2)乙图为电解池,铁片接甲图的负极,故铁片做电解池的阴极;

石墨棒接甲图的正极,故石墨棒做电解池的阳极;

溶液中阴离子(Cl-、OH-、SO42-)移向阳极,且放电顺序为:Cl->OH->SO42-

电极反应为:先2Cl--2e-=Cl2↑,后4OH--4e=O2↑+2H2O

阳离子(Cu2+、H+、Na+)移向阴极,且放电顺序为:Cu2+>H+>Na+

电极反应为:先Cu2++2e-=Cu,后2H++2e-=H2

故丙图中,I线对应阴极(铁片)的反应,II线对应阳极(石墨棒)的反应;

分析丙图:到t1时,生成V(Cl2)=224ml,标准状况下n(Cl2)="0.01" mol,

2Cl--2e-=Cl2

2       1

n(Cl-)   0.01mol,则n(Cl-)= 0.02mol,C(NaCl)="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L;

V(O2)="672ml-224ml=448" ml,标准状况下n(O2)="0.02" mol,故阳极失电子的物质的量为:

2Cl-- 2e- = Cl2↑       4OH-- 4e = O2↑+2H2O

2     1                4    1

0.02mol  0.01mol       0.08mol 0.02mol

两极电子转移守恒(均为0.02mol+ 0.08mol=0.1mol),则阴极得电子的物质的量为:

V(H2)="672ml," 标准状况下n(H2)=0.03mol,

2H++ 2e- = H2↑             故  Cu2+ + 2e- =Cu

2    1                      1    2

0.06mol 0.03mol             0.02mol 0.04mol

C(CuSO4)="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L;

(3)2H2O=2H2↑+O2

36g      1mol

0.72g    0.02mol

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