Question

下图是甲醇燃烧电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。

（1）甲中负极的电极反应式为____________________；

（2）工作一段时间后，若乙中生成铜3.2g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是__________；

（3）电解结束后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，则乙中A极析出 的气体在标准状况下的体积为________________。

（4）丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如上图，则图中②线表示的是________________离子的变化(写离子符号)；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要____________mL 5.0mol/LNaOH溶液。

Answer

（1）CH3OH－6e－＋8OH－==CO32－＋6H2O

（2）c(H＋)＞c(SO42－)＞c(Cu2＋)＞c(OH－)

（3）2.24L（4）Fe2＋ 280

【解析】

试题分析：（1）甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；（2）惰性电解电解CuSO4溶液，发生反应为2CuSO4+2H2O=2H2SO4+O2↑+2Cu，原溶液中CuSO4的物质的量为0.1mol，生成3.2gCu即0.05molCu时，溶液里生成0.05molH2SO4，结合溶液里还存在水的电离，因此H+的物质的量大于0.1mol，此时溶液里的离子浓度大小关系为：c(H＋)＞c(SO42－)＞c(Cu2＋)＞c(OH－) ；（3）工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为X，溶液中铜离子物质的量为0.1mol，电极反应为：

Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑；

0.1mol 0.2mol 2x x

A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为：

4OH--4e-=2H2O+O2↑；

4x x

得到0.2+2x=4x

x=0.1mol

乙中A极析出的气体是氧气物质的量为0.1mol，在标准状况下的体积为2.24L；（4）根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知，铜离子从无增多，铁离子物质的量减小，亚铁离子增加，①为Fe3+，②为Fe2+，③为Cu2+，依据（2）电子转移的物质的量应该为0.4mol，生成Cu2+应为0.2mol，横轴，纵轴每个单位都是0.1mol，且此时溶液中铜离子0.2mol，三价铁离子无，亚铁离子根据图象总量应为0.5mol，根据电荷守恒，当溶液中所有阳离子完全沉淀时，所需氢氧根离子物质的量=0.2×2+0.5×2=1.4，所以，V(NaOH)=1.4/5=0.28L。

【考点定位】综合原电池电解原理乙级原电池知识

【名师点晴】本题是利用燃烧电池与电解池形成串联电路，准确分析燃料电池的正负极是解题关键，燃烧电池中关键的知识点为通氧气的电极为正极，再准确判断出电解池的阴阳极，特别注意的是丙池的阳极为铜电极，电极本身参加电极反应，铜要被氧化进入电解池，再结合原电池原理和电解原理进行分析就相对容易多了，重点考查学生分析问题的能力，是高考的热点习题。